微負(fù)壓蒸餾-O3處理絡(luò)合鎳廢水的研究

陳洋 楊峰 周騰騰 錢莎莎 (1.江蘇南大華興環(huán)?？萍脊煞莨荆K 鹽城 224001；

2.南京大學(xué)鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院，江蘇 鹽城 224001)

0 引言

電鍍涉及行業(yè)廣泛[1]，其廢水的復(fù)雜性導(dǎo)致電鍍工業(yè)成為全球三大污染工業(yè)之一[2-3]。行業(yè)廢水中化學(xué)鍍鎳廢水[4]分子量大、穩(wěn)定性強(qiáng)，極難處理[5]。近年來，國家和地方環(huán)保部門對電鍍廢水污染物排放要求愈加嚴(yán)格。常規(guī)化學(xué)鍍鎳廢水處理方法有6種[6-8],但在已有處理技術(shù)研究中，往往因運(yùn)行成本高、現(xiàn)場操作維護(hù)復(fù)雜、出水不穩(wěn)定難達(dá)標(biāo)等原因，阻礙技術(shù)廣泛應(yīng)用。同時(shí)，廢水中重金屬污染物能否有效去除，是后續(xù)生化工藝能否正常運(yùn)行的前提之一。因此，急需尋找一種穩(wěn)定高效的方法對廢水中低濃度高穩(wěn)態(tài)的絡(luò)合鎳污染物進(jìn)行深度去除。針對這一難題，本文采用基于穩(wěn)定高效的蒸餾和高氧化能力的臭氧技術(shù)[9]的工藝路線，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際絡(luò)合鎳高鹽廢水的有效處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 水樣與試劑

實(shí)驗(yàn)所用廢水取自泰州某電鍍企業(yè)廢水，經(jīng)常規(guī)物化處理后形成的高濃度化學(xué)鍍鎳廢水母液。母液呈藍(lán)綠色，pH在9～11之間，密度為1.231g·cm-3，含固量為25.6%。其水質(zhì)分析結(jié)果為COD約2000mg·L-1，NH3-N約50mg·L-1，總磷約50mg·L-1，總鎳約250mg·L-1。實(shí)驗(yàn)使用試劑聚合氯化鋁(天津市大茂化學(xué)試劑廠)，聚丙烯酰胺(天津市大茂化學(xué)試劑廠)，氫氧化鈉(廣州化學(xué)試劑廠)，硫酸(廣州化學(xué)試劑廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

UV-1800型分光光度計(jì)；安捷倫1260型高效液相色譜分析儀；安捷倫7890型氣相色譜儀；W2-100SP型循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；JH-8002y型臭氧發(fā)生器；臭氧反應(yīng)器(自制)；攜帶式臭氧濃度在線檢測儀；JJ223BF電子天平；pH計(jì)；超高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS)；火焰原子吸收分光光度計(jì)(FAAS)；Nicolet6700傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

500mL母液進(jìn)入循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行蒸餾，通過控制循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)部壓力，控制餾出液流出速度。待餾出液達(dá)到一定體積后停止蒸餾，餾出液經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)控制pH 6～8，進(jìn)好氧池進(jìn)行處理。釜?dú)埵占脸粞跹趸磻?yīng)器中，經(jīng)臭氧氧化處理后過濾，濾液回流至循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，濾渣委外處置。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.4 分析方法

pH采用(美國奧豪斯公司)酸度計(jì)測定；總鎳濃度采用火焰原子吸收分光光度計(jì)測定(FAAS，日立Z2000型，檢出限0.01mg·L-1)；液相色譜-質(zhì)譜(LC -MS，Thermo Fisher，Q Exactive)檢測條件：STPAK C18色譜柱，流動相為0.1%甲酸-乙腈(3:7)，流速1.0mL·min-1，分析柱溫度25 ℃，進(jìn)樣量：10mL，傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR，Nicolet6700，美國 THERMO FisherScientific)：KBr壓片法，在波長4000～400cm-1范圍內(nèi)測定透光率。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸餾壓力對餾出液速度和體積的影響

量取母液體積250mL加入循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。實(shí)驗(yàn)選取負(fù)壓為0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四種壓力，研究溫度120℃時(shí)，壓力變化對餾出液出水速度及出水體積的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 壓力對餾出液速度和體積影響趨勢圖

根據(jù)圖2所示，控制溫度不變時(shí)，餾出液體積隨負(fù)壓的增大而增加，相同時(shí)間內(nèi)餾出液體積的增加趨勢隨壓力增大而增大。在同一條件下，餾出液出水速度隨著時(shí)間的延長而逐漸減緩。這和Antoine方程中，物質(zhì)的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系一致。另外，隨著餾出液體積的不斷增加，導(dǎo)致循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中的液體濃度也來越高，從而導(dǎo)致餾出液出水速度的不斷減緩。

2.2 蒸餾壓力對餾出液水質(zhì)的影響

量取母液體積250mL加入循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。實(shí)驗(yàn)選取負(fù)壓為0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四種壓力，研究溫度120℃時(shí)，蒸餾時(shí)間3h時(shí)，各餾出液水質(zhì)中COD、氨氮、總磷和總鎳的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 壓力對餾出液水質(zhì)影響圖

如圖3所示，壓力對餾出液水質(zhì)出水的影響較大，特別是壓力從0.065MPa提升至0.075MPa時(shí)，水中COD、TP和T Ni的濃度明顯提高。由此可見，隨著壓力的升高部分高沸點(diǎn)有機(jī)絡(luò)合物隨著水蒸氣一同餾出，導(dǎo)致餾出液水質(zhì)的急速下降。根據(jù)餾出液水質(zhì)，當(dāng)壓力為0.075MPa時(shí)，其出水水質(zhì)特別是鎳含量的增加，使其滿足進(jìn)生化的要求。

2.3 餾出液體積對釜?dú)垹顟B(tài)的影響

根據(jù)2.1和2.2的研究結(jié)果，選取實(shí)驗(yàn)條件負(fù)壓為0.065MPa、溫度120℃時(shí)，量取母液體積250mL加入循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。控制餾出液體積占比為50%、60%、70%和80%，觀察釜?dú)垹顟B(tài)，如表1所示。

表1 蒸餾釜?dú)垹顟B(tài)表

2.4 最佳條件下的處理效果研究

根據(jù)研究的最佳條件，控制蒸餾微壓為0.065MPa、溫度為120℃，蒸餾體積為60%，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)量取母液體積1L加入循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，控制循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀負(fù)壓為0.065MPa、溫度為120℃。待流出液達(dá)到600mL時(shí)，倒出釜?dú)?。將餾出液pH調(diào)節(jié)至7，進(jìn)好氧池，控制好氧池水力停留時(shí)間為24h，出水水質(zhì)進(jìn)行檢測。將釜?dú)埖谷氤粞跹趸磻?yīng)器，控制臭氧進(jìn)氣濃度為70g/m3，反應(yīng)2h，釜?dú)堈扯让黠@下降后。將釜?dú)堄?00目濾布進(jìn)行過濾，濾出液隨第二批母液一同進(jìn)循轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行循環(huán)蒸餾。最終好氧池出水水質(zhì)指標(biāo)COD<47.7mg·L-1，NH3-N<4.8mg·L-1，總磷<0.5mg·L-1，總鎳<0.1mg·L-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在最佳條件下，本實(shí)驗(yàn)工藝對絡(luò)合鎳廢水中COD的去除率達(dá)到99.8%，對氨氮的去除率達(dá)到90%，對總磷去除率達(dá)到99%，對總鎳的去除率達(dá)到99.9%。

3 結(jié)語

本研究將微壓蒸餾工藝與臭氧工藝聯(lián)合，用以處理絡(luò)合鎳廢水，控制廢水中鎳的濃度，保證廢水可生化性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：蒸餾過程中，負(fù)壓對蒸餾出水速度和水質(zhì)均有影響。壓力越大出水速度越快，壓力達(dá)到一定程度時(shí)，出水水質(zhì)急速變差。餾出液體積對后續(xù)臭氧氧化釜?dú)埖挠绊戄^大?？刂起s出液體積占比，可提高臭氧在釜?dú)堉械耐Ａ魰r(shí)間，提高氧化效果?？刂茖?shí)驗(yàn)在最佳條件下，本實(shí)驗(yàn)工藝對絡(luò)合鎳廢水中COD的去除率達(dá)到99.8%，對氨氮的去除率達(dá)到90%，對總磷去除率達(dá)到99%，對總鎳的去除率達(dá)到99.9%。