化學法處理某工業(yè)園區(qū)電鍍廢水試驗研究

彭麗花，董 佳

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，廣東 佛山 519085）

改革開放以來，中國經(jīng)濟長期保持快速增長，與此同時環(huán)境污染卻日趨嚴重，其中電鍍廢水的偷排以及處理不達標排放所造成的污染尤其引人矚目。電鍍廢水污染引發(fā)的環(huán)境維權逐漸由個體事件變成群體事件，大大掣肘了美麗中國的建設進程，如何有效防治電鍍廢水的污染已變成當前非常緊迫的問題[1]。佛山市某工業(yè)園擁有一批電鍍企業(yè)，主要涉及鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等電鍍工藝，因而排放的廢水中包含大量的Cu2+、Cr6+、Ni2+、CN-。這些電鍍廠所排放的廢水經(jīng)過簡單的化學法處理后，集中到該工業(yè)園污水處理站某一工段進行集中處理，但是運營操作人員環(huán)保知識匱乏，無法掌握各單元合適的加藥量，導致Cu2+、Cr6+、Ni2+、CN-等污染物未能達標排放。本文針對既定電鍍廢水水質(zhì)和水量，對各重要單元進行加藥量和pH試驗研究，取得最佳加藥量和pH，保障廢水處理效果，使其完全達到廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》（DB 44/1597-2015），處理成本低廉，可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏。

1 試驗部分

1.1 進水水質(zhì)水量

進水為佛山某工業(yè)園電鍍廠排放廢水，進水流量為12 m3/h，重金屬離子濃度很高，且pH很低，其為污染能力很強的廢水。具體水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 進水水質(zhì)

1.2 工藝流程與試驗設備

工藝流程圖如圖1所示。試驗設備為2臺離心泵（型號分別為IZDB-65和CDLF2-130LS）、1臺小型加藥泵、5個水泥池（2 m×2 m×1.5 m）以及1個砂濾罐（Φ0.7 m×1.8 m）。

圖1 廢水處理工藝流程

1.3 試驗方法

首先，將含氰廢水引入氧化池，以液氯作為氧化劑進行二級破氰，研究該部分pH與液氯加入量對CN-去除率的影響；其次，將含鉻廢水引入還原池，以焦亞硫酸鈉作為還原劑將Cr6+還原成Cr3+，研究焦亞硫酸鈉的加入量對六價鉻還原效率的影響；最后，將含Cu2+、Ni2+、Cr3+等離子廢水泵入綜合沉淀池，以堿石灰調(diào)節(jié)整個溶液的pH，使得重金屬離子結(jié)合成各自的氫氧化物沉淀，研究pH對Cu2+、Ni2+、Cr3+等離子去除率的影響。

1.4 分析方法

測試指標分別為 Cu2+、Ni2+、總鉻、CODCr、pH，均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版中規(guī)定的方法進行檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化池pH對CN-去除率的影響

鍍銅最常使用的原料為氰化銅，因而鍍銅廢水中往往攜帶CN-，該電鍍廢水中CN-平均濃度為20 mg/L。CN-的去除一般采用化學氧化法，本試驗以液氯為氧化劑進行二級破氰，其中，一級破氰是將CN-氧化為CNO-，二級破氰是將CNO-氧化為N2，pH對CN-的去除率影響很大[2]。

如圖2所示，在一級破氰時，當pH從7逐漸調(diào)整為12的過程中，CN-轉(zhuǎn)化為CNO-的效率從90%逐漸上升98%，繼續(xù)調(diào)整pH至14，CN-轉(zhuǎn)化率略有降低，為96.8%。在二級破氰時，調(diào)整pH從7到14的過程中，CNO-轉(zhuǎn)化為N2的效率從88%先增大至pH為9時的93%后減小為90%。pH對CN-去除率影響很大，這是因為堿性條件下，CN-容易保持自由離子狀態(tài)，增強其化學反應的活性，加大與液氯的接觸概率，提高氧化還原的速度；pH越高，CN-化學活性越高，其轉(zhuǎn)化率越高，但pH超過12時，對液氯氧化能力有一定影響，因而CN-轉(zhuǎn)化率有一定降低[3]。

廢水在兩個氧化池中的停留時間均為30 min，當一級破氰的pH為12，二級破氰的pH為9時，處理后廢水中CN-的濃度略小于0.2 mg/L，達到廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》（DB 44/1597-2015）。

圖2 pH對CN-去除率的影響

2.2 還原池加藥量對Cr6+去除率的影響

該電鍍廢水中的Cr6+平均濃度高達135 mg/L，pH為1～2，對環(huán)境破壞很大。對該廢水的處理采用化學還原法，添加的化學還原劑為焦亞硫酸鈉。該藥劑的投加量對Cr6+去除率及廢水處理成本影響較大。

如圖3所示，隨著還原劑投加量的不斷增多，Cr6+不斷被還原成Cr3+，當還原劑投加量為20 mg/L時，溶液中Cr6+仍然高達80 mg/L，此時Cr3+為55 mg/L；當還原劑投加量增大至60 mg/L時，溶液中Cr6+略小于0.5 mg/L，此時Cr3+接近于135 mg/L；繼續(xù)增加還原劑投加量至80 mg/L，Cr6+約為0.05 mg/L。隨著溶液中化學還原劑投加量增大并超出60 mg/L，溶液中Cr6+幾乎全部轉(zhuǎn)變成Cr3+，溶液的顏色也由之前的淡黃色變?yōu)楹髞淼臏\綠色；但溶液中總鉻含量保持不變，為135 mg/L。焦亞硫酸鈉能夠還原Cr6+的原因在于，焦亞硫酸鈉中的硫元素為負2價，具有極強的還原性，能夠?qū)r6+還原成Cr3+，而本身被氧化成硫酸根離子[4]。

圖3 加藥量對Cr6+去除率的影響

廢水在還原池中的停留時間為30 min，當投加量為60 mg/L，廢水中Cr6+小于0.1 mg/L，滿足廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》（DB 44/1597-2015），處理成本低廉。

2.3 沉淀池pH對重金屬離子去除率的影響

經(jīng)二級破氰之后的鍍銅廢水、還原處理的鍍鉻廢水以及鍍鎳廢水一起引入綜合沉淀池，通過調(diào)整溶液pH，重金屬離子生成各自的氫氧化物沉淀，經(jīng)砂濾從溶液中分離出來；進入沉淀池時各重金屬離子的平均濃度分別是Ni2+50 mg/L、Cu2+65 mg/L、Cr3+135 mg/L；調(diào)整pH所用的藥劑為堿石灰。

如圖4所示，當pH從7.5逐漸調(diào)整為13的過程中，Ni2+、Cu2+、Cr3+等重金屬離子相應去除率不斷提高。當pH為7.5時，Ni2+、Cu2+、Cr3+去除率分別為33%、50%、65%；當pH增大至12時，Ni2+、Cu2+、Cr3+去除率分別提升為98%、99%、99.6%，繼續(xù)調(diào)高pH，去除率增大幅度不明顯。由溶度積公式可知，在生成難容鹽的過程中，提高一種離子在溶液中的濃度勢必會使得另一種離子在溶液中的濃度降低，因而增大pH時，各種金屬離子的去除率會相應增加[5]。因為Ni2+、Cu2+、Cr3+對應的氫氧化物的溶度積依次減小，故在相同pH條件下，其對應去除率依次增加。在正常運行時，pH調(diào)整為12。

圖4 pH對重金屬離子去除率的影響

經(jīng)過二級破氰、化學還原、化學沉淀和過濾處理后，出水中Ni2+、Cu2+、Cr6+、總鉻的濃度以及CODCr等指標均滿足廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》（DB 44/1597-2015），具體情況如表2所示。

表2 出水水質(zhì)

2.4 成本分析

該工藝主要運行成本來自于兩臺1 kW提升泵、藥劑費等。電費約為0.3元/m3，藥劑費約為0.2元/m3，總的運行成本約為0.5元/m3。

3 結(jié)論

采用液氯為氧化劑，當一級破氰pH為12、二級破氰9時，這樣可以較好地去除鍍銅廢水中的CN-，去除效率為96.8%，處理后廢水中總氰含量小于0.18 mg/L。利用焦亞硫酸鈉為還原劑，當其投加量為60 mg/L時，廢水中Cr6+小于0.1 mg/L，滿足廣東省地方標準《電鍍水污染物排放標準》（DB 44/1597-2015）。綜合沉淀池和過濾可以較好地去除各種重金屬離子，當pH為12時，Ni2+、Cu2+、Cr3+去除率分別為98%、99%、99.6%。出水水質(zhì)完全滿足電鍍廢水排放要求，且運行成本低廉，僅0.5元/m3。