研究電鍍廢水處理及回用工藝設(shè)計

曹 原

（中航長沙設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

在生產(chǎn)制造業(yè)，時常有電鍍廢水產(chǎn)生和排出，若未能有效處理電鍍廢水，將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞。傳統(tǒng)處理工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實要求，亟須進(jìn)行新工藝設(shè)計，在保證處理效果的同時，實現(xiàn)回用。

1 工藝設(shè)計

如果將生產(chǎn)制造銅質(zhì)散熱器作為核心，實際的生產(chǎn)制造時，很多黃銅件都要經(jīng)過化學(xué)除油與酸洗，而且還有很多鋼鐵件需實施電鍍加工，加工時會產(chǎn)生一定量電鍍廢水，廢水中，往往含有很多有毒有害物質(zhì)，如鐵離子、鋅離子、六價鉻和銅離子等。若未能有效處理這些廢水而直接排放，將造成極其嚴(yán)重的污染，甚至危害到水域附近居民身體健康。為有效消除這一污染，減少有害物質(zhì)，需要分析并制定合理可行的處理流程及參數(shù)。電鍍廢水處理基本流程如圖1所示。

圖1 電鍍廢水處理基本流程

1.1 廢水水質(zhì)

以某電鍍車間產(chǎn)生的廢水為例，其水質(zhì)情況為：（1） 六價鉻離子含量在1.0～7.0 mg/L范圍內(nèi)，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)（不超過0.5 mg/L）；（2） 總鉻含量在2.0～14.0 mg/L范圍內(nèi)，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)（不超過1.5 mg/L）；（3） 銅離子含量在9.0～950.0 mg/L范圍內(nèi)，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)（不超過1.0 mg/L）；（4） 鋅離子含量在16.0～1 800.0 mg/L范圍內(nèi)，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)（不超過5.0 mg/L）；（5） pH值在2～12范圍內(nèi)。

1.2 六價鉻還原

對于化學(xué)沉淀法，其基本原理為先在弱酸環(huán)境下將六價鉻還原成三價鉻，再將pH值調(diào)整至7以上，促使三價鉻形成沉淀物。還原時，pH值應(yīng)控制在1.5～2.5范圍內(nèi)，不同金屬離子的沉淀pH值有所不同，具體為：（1） 當(dāng)pH值為5.5時，三價鉻離子開始沉淀，當(dāng)pH值在6.3～6.5范圍內(nèi)時，三價鉻離子大量沉淀，當(dāng)pH值為9.2時，三價鉻離子重新溶解；（2） 當(dāng)pH值為5.8時，銅離子開始沉淀，當(dāng)pH值為7.5時，銅離子大量沉淀；（3） 當(dāng)pH值為7.6時，鋅離子開始沉淀，當(dāng)pH值為8.3時，鋅離子大量沉淀，當(dāng)pH值超過11時，鋅離子開始溶解；（4） 當(dāng)pH值為2.8時，三價鐵離子開始沉淀，當(dāng)pH值為3.5時，三價鐵離子大量沉淀[1]。

根據(jù)以上pH值范圍，先添加酸將pH值調(diào)整至1.5～2.5開始對六價鉻實施還原，再添加堿促使生成的三價鉻開始生成沉淀。此時需要耗費大量酸、堿，提高成本，并且還會產(chǎn)生大量的污泥。對此，將硫酸亞鐵作為還原劑，能有效解決這一問題，這是因為該還原劑基本不會受到pH值作用影響，充分利用此特點在當(dāng)pH值小于或等于6.5時，無須對pH值進(jìn)行調(diào)整，即可完成六價鉻還原。二價鐵氧化生成三價鐵以后，和其他金屬離子共同存在的實際情況下，沉淀產(chǎn)生pH值將有所降低。氫氧化鐵能實現(xiàn)絮凝，為后續(xù)絮凝沉淀奠定良好基礎(chǔ)。充分借助硫酸亞鐵與三價鐵各自優(yōu)勢，可將發(fā)生絮凝沉淀時的pH值調(diào)整至6～8，這即為從排水口中流出的廢水pH值。

根據(jù)以上原理，對廢水實施還原處理，結(jié)果為：

（1） 1#水樣：pH值為6.0，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.002 mg/L；

（2） 2#水樣：pH值為6.5，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.004 mg/L；

（3） 3#水樣：pH值為7.0，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.016 mg/L；

（4） 4#水樣：pH值為7.5，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.006 mg/L；

（5） 5#水樣：pH值為8.0，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.005 mg/L；

（6） 6#水樣：pH值為9.0，經(jīng)處理后，鉻含量變?yōu)?.007 mg/L。

可見，將硫酸亞鐵作為還原反應(yīng)的還原劑，能克服pH值造成的影響和干擾，同時減少運行過程中的成本[2]。

1.3 銅離子、鋅離子與鉻離子沉淀

如前所述，這三種金屬離子開始大量產(chǎn)生沉淀的pH值在6～9范圍內(nèi)，當(dāng)三價鐵離子和其他金屬離子一同存在時，通常6～9的pH值范圍即可符合國家標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)試驗結(jié)果為：（1） 1#水樣，pH值為6.0，銅、鋅、三價鉻和總鉻含量分別為0.60、0.025、0.020和0.032 mg/L；（2） 2#水樣，pH值為7.0，銅、鋅、三價鉻和總鉻含量分別為0.89、0.200、0.004和0.087 mg/L；（3） 3#水樣，pH值為8.0，銅、鋅、三價鉻和總鉻含量分別為0.36、0.025、0.004和0.022 mg/L；（4） 4#水樣，pH值為9.0，銅、鋅、三價鉻和總鉻含量分別為0.30、0.025、0.002 和0.025 mg/L。

為加快沉淀速度，保證沉淀效率，需要選擇適宜的絮凝劑。經(jīng)對比試驗可知，可采用PAM與PAC混合而成的絮凝劑。以水質(zhì)情況為依據(jù)，通過試驗將PAC用量控制在0.1～0.2 g/L范圍內(nèi)，將PAM用量控制在0.002～0.004 g/L范圍內(nèi)。相比之下，PAM用量相對較小，生成沉淀的速度快，已經(jīng)破壞的絮凝物可以二次絮凝，且具有良好的濾渣脫水性。其中，二次絮凝對本工程尤為重要，因為處理廠的反應(yīng)池較低，而沉淀池很高，要采用泵機(jī)把廢水傳輸?shù)匠恋沓?，提升時絮凝物必定遭到破壞，若沒有這一特點，則無法再次生成沉淀。為保證沉淀效率，按照淺層沉淀基本理論，隨池深的不斷減小，沉淀效率將越來越高，通過對蜂窩斜管的設(shè)置能縮短沉淀的用時，使出水水質(zhì)達(dá)到預(yù)期[3]。此外，為進(jìn)一步保證回用水整體質(zhì)量，需要對完成沉淀的水實施二次過濾，到滿足回用要求為止。

1.4 工藝流程

工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程示意圖

圖2的工藝流程中：①隔油池主要具備三種功能，分別為調(diào)節(jié)、隔油與儲水；②向反應(yīng)池中添加的堿，均從車間生產(chǎn)的廢堿產(chǎn)生，通過對這部分廢堿的合理應(yīng)用，除了能將車間生產(chǎn)時使用的水的pH值控制在6.5以內(nèi)，為直接的還原反應(yīng)創(chuàng)造良好條件，還能減少新堿的實際用量，從而真正實現(xiàn)以廢治廢根本目標(biāo)。

2 處理效果

因?qū)⒘蛩醽嗚F作為還原反應(yīng)的還原劑，所以能使六價鉻離子發(fā)生還原反應(yīng)的pH值調(diào)整至6.5及以下，此時無需再對pH值進(jìn)行調(diào)整即可完成處理，并減少了酸和堿的使用量。此外，在還原劑反應(yīng)生成氫氧化鐵后，還可實現(xiàn)絮凝，減少絮凝劑實際用量，進(jìn)一步降低成本，最終取得既滿足處理質(zhì)量又節(jié)省處理成本費用的良好效果。處理工藝參數(shù)如表1所示。

表1 處理工藝參數(shù)

3 結(jié)語

該處理方法主要具有下列優(yōu)勢：減少環(huán)境破壞與污染，尤其是廢水當(dāng)中的重金屬，使其能符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；實現(xiàn)廢堿回用，在保證廢水為弱酸性的同時，促進(jìn)還原反應(yīng)不斷進(jìn)行；僅需新建一座處理站，大幅節(jié)省了工程建設(shè)費用。