精讀：電鍍廢水處理十大方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析
電鍍廢水的處理與回用對(duì)節(jié)約水資源以及保護(hù)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。本文綜述了各種電鍍廢水處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及一些新材料在電鍍廢水處理上的應(yīng)用。
01化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是通過(guò)向廢水中投入藥劑，使溶解態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化成不溶于水的化合物沉淀，再將其從水中分離出來(lái)，從而達(dá)到去除重金屬的目的。
化學(xué)沉淀法因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單，技術(shù)成熟，成本低，可以同時(shí)去除廢水中的多種重金屬等優(yōu)點(diǎn)，在電鍍廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。
1.堿性沉淀法
堿性沉淀法是向廢水中投加NaOH、石灰、碳酸鈉等堿性物質(zhì)，使重金屬形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀而被去除。該法具有成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛使用。
但是堿性沉淀法的污泥產(chǎn)量大，會(huì)產(chǎn)生二次污染，而且出水pH偏高，需要回調(diào)pH。NaOH由于產(chǎn)生污泥量相對(duì)較少且易回收利用，在工程上得到廣泛應(yīng)用。
2.硫化物沉淀法
硫化物沉淀法是通過(guò)投加硫化物(如Na2S、NariS等)使廢水中的重金屬形成溶度積比氫氧化物更小的沉淀，出水pH在7～9，無(wú)需回調(diào)pH即可排放。
但是硫化物沉淀顆粒細(xì)小，需要添加絮凝劑輔助沉淀，使處理費(fèi)用增大。硫化物在酸性溶液中還會(huì)產(chǎn)生有毒的HS氣體，實(shí)際操作起來(lái)存在局限性。
3.鐵氧體法
鐵氧體法是根據(jù)生產(chǎn)鐵氧體的原理發(fā)展起來(lái)的，令廢水中的各種重金屬離子形成鐵氧體晶體一起沉淀析出，從而凈化廢水。該法主要是通過(guò)向廢水中投加硫酸亞鐵，經(jīng)過(guò)還原、沉淀絮凝，最終生成鐵氧體，因其設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、沉降快、處理效果好等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
pH和硫酸亞鐵投加量對(duì)鐵氧體法去除重金屬離子的影響，確定鎳、鋅、銅離子的最佳絮凝pH分別為8.00～9.80、8.00～10.50和10.00，投加的亞鐵離子與它們摩爾比均為2～8，而六價(jià)鉻的最佳還原pH為4.00～5.50，最佳絮凝pH則為8.00～10.50，最佳投料比為20。出水的鎳含量小于0.5mg/L，總鉻含量小于1.0mg/L，鋅含量小于1.0mg/L，銅含量小于0.5mg/L，達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)中“表2”的要求。
化學(xué)沉淀法的局限性
隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳統(tǒng)單一的化學(xué)沉淀法很難經(jīng)濟(jì)有效地處理電鍍廢水，常常與其他工藝組合使用。
采用鐵氧體-CARBONITE(一種具有物理吸附與離子交換功能的材料)聯(lián)合工藝處理Ni含量約為4000mg/L的高濃度含鎳電鍍廢水：先以鐵氧體法控制pH為11.0，在Fe/Fe。摩爾比O.55，F(xiàn)eSO4·7H2O/Ni質(zhì)量比21，反應(yīng)溫度35℃的條件下攪拌反應(yīng)15min，出水Ni平均濃度從4212.5mg/L降至6.8mg/L，去除率達(dá)99.84%;然后采用CARBONITE處理，在CARBONITE投加量1.5g/L，pH=6.5，溫度35℃的條件下反應(yīng)6h，Ni去除率可達(dá)96.48%，出水Ni濃度為0.24mg/L，達(dá)到GB21900-2008中的“表2”標(biāo)準(zhǔn)。
采用高級(jí)Fenton一化學(xué)沉淀法處理含螯合重金屬的廢水，使用零價(jià)鐵和過(guò)氧化氫降解螯合物，然后加堿沉淀重金屬離子，不僅可以去除鎳離子(去除率最高達(dá)98.4%)，而且可以降低COD化學(xué)需氧量。
02氧化還原法
1.化學(xué)氧化法
化學(xué)氧化法在處理含氰電鍍廢水上的效果尤為明顯。該方法把廢水中的氰根離子(CN一)氧化成氰酸鹽(CNO-)，再將氰酸鹽(CNO-)氧化成二氧化碳和氮?dú)猓梢詮氐捉鉀Q氰化物污染問(wèn)題。
常用的氧化劑包括氯系氧化劑、氧氣、臭氧、過(guò)氧化氫等，其中堿性氯化法應(yīng)用最廣。采用Fenton法處理初始總氰濃度為2.0mg/L的低濃度含氰電鍍廢水，在反應(yīng)初始pH為3.5，H202/FeSO4摩爾比為3.5：1，H202投加量5.0g/L，反應(yīng)時(shí)間60min的最佳條件下，氰化物的去除率可達(dá)93%，總氰濃度可降至0_3mg/L。
2.化學(xué)還原法
化學(xué)還原法在電鍍廢水處理中主要針對(duì)含六價(jià)鉻廢水。該方法是在廢水中加入還原劑(如FeSO、NaHSO3、Na2SO3、SO2、鐵粉等)把六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，再加入石灰或氫氧化鈉進(jìn)行沉淀分離。上述鐵氧體法也可歸為化學(xué)還原法。
該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，處理量大，投資少，在工程應(yīng)用中有良好的效果，但是污泥量大，會(huì)產(chǎn)生二次污染。采用硫酸亞鐵作為還原劑，處理80t/d的含總鉻7O～80mg/L的電鍍廢水，出水總鉻小于1.5mg/L，處理費(fèi)用為3.1元/t，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
以焦亞硫酸鈉為還原劑處理含80mg/L六價(jià)鉻、pH為6～7的電鍍廢水，出水六價(jià)鉻濃度小于0.2mg/L。
03電化學(xué)法
電化學(xué)法是指在電流的作用下，廢水中的重金屬離子和有機(jī)污染物經(jīng)過(guò)氧化還原、分解、沉淀、氣浮等一系列反應(yīng)而得到去除。
該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是去除速率快，可以完全打斷配合態(tài)金屬鏈接，易于回收利用重金屬，占地面積小，污泥量少，但是其極板消耗快，耗電量大，對(duì)低濃度電鍍廢水的去除效果不佳，只適合中小規(guī)模的電鍍廢水處理。
電化學(xué)法主要有電凝聚法、磁電解法、內(nèi)電解法等。
電凝聚法是通過(guò)鐵板或者鋁板作為陽(yáng)極，電解時(shí)產(chǎn)生Fe2+、Fe或Al，隨著電解的進(jìn)行，溶液堿性增大，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3或AI(OH)3，通過(guò)絮凝沉淀去除污染物。
由于傳統(tǒng)的電凝聚法經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的操作，會(huì)使電極板發(fā)生鈍化，近年來(lái)高壓脈沖電凝聚法逐漸替代傳統(tǒng)的電混凝法，它不僅克服了極板鈍化的問(wèn)題，而且電流效率提高20%～30%，電解時(shí)間縮短30%～40%，節(jié)省電能30%～40%，污泥產(chǎn)生量少，對(duì)重金屬的去除率可達(dá)96%～99%。
采用高壓脈沖電絮凝技術(shù)處理某電鍍廠的電鍍廢水，Cu2十、Ni2、CN一和COD的去除率分別達(dá)到99.80%、99.70%、99.68%和67.45%。
電混凝法通常也與其他方法結(jié)合使用，利用電凝聚法和臭氧氧化法聯(lián)合處理電鍍廢水，以鐵和鋁做極板，出水六價(jià)鉻、鐵、鎳、銅、鋅、鉛、TOC(總有機(jī)碳)、COD的去除率分別為99.94%、100.00%、95.86%、98.66%、99.97%、96.81%、93.24%和93.43%。
近年來(lái)內(nèi)電解法受到廣泛關(guān)注。內(nèi)電解法利用了原電池原理，一般向廢水中投加鐵粉和炭粒，以廢水作為電解質(zhì)媒介，通過(guò)氧化還原、置換、絮凝、吸附、共沉淀等多種反應(yīng)的綜合作用，可以一次性去除多種重金屬離子。
該方法不需要電能，處理成本低，污泥量少。通過(guò)靜態(tài)試驗(yàn)研究了鐵碳微電解法對(duì)模擬電鍍廢水的COD及銅離子的去除效果，去除率分別達(dá)到了59.01%和95.49%。然而，采用微電解反應(yīng)柱研究連續(xù)流的運(yùn)行結(jié)果顯示，14d后微電解出水的COD去除率僅為10%～15%，銅的去除率降低至45%～50%之間，可見(jiàn)需要定期更換填料或?qū)μ盍线M(jìn)行再生。
04膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、液膜(Lv)等，利用膜的選擇透過(guò)性來(lái)對(duì)污染物進(jìn)行分離去除。
該方法去除效果好，可實(shí)現(xiàn)重金屬回收利用和出水回用，占地面積小，無(wú)二次污染，是一種很有發(fā)展前景的技術(shù)，但是膜的造價(jià)高，易受污染。
對(duì)膜技術(shù)在電鍍廢水處理中的應(yīng)用和效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：結(jié)合常規(guī)廢水處理工藝與膜生物反應(yīng)器(MBR)組合工藝，電鍍廢水被處理后的水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);電鍍綜合廢水經(jīng)UF凈化、RO和NF兩段脫鹽膜的集成工藝處理后，水質(zhì)達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，RO和NF產(chǎn)水的電導(dǎo)率分別低于100gS/cm和1000gS/cm，COD分別約為5mg/L和10mg/L;鍍鎳漂洗廢水通過(guò)RO膜后，鎳的濃縮高達(dá)25倍以上，實(shí)現(xiàn)了鎳的回收，RO產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。
投資與運(yùn)行費(fèi)用分析表明：工程運(yùn)行1年多即可收回RO濃縮鎳的設(shè)備費(fèi)用。
液膜法并不是采用傳統(tǒng)的固相膜，而是懸浮于液體中很薄的一層乳液顆粒，是一種類(lèi)似溶劑萃取的新型分離技術(shù)，包括制膜、分離、凈化及破乳過(guò)程。
美籍華人黎念之(NormanN.Li)博士發(fā)明了乳狀液膜分離技術(shù)，該技術(shù)同時(shí)具有萃取和滲透的優(yōu)點(diǎn)，把萃取和反萃取兩個(gè)步驟結(jié)合在一起。乳化液膜法還具有傳質(zhì)效率高、選擇性好、二次污染小、節(jié)約能源和基建投資少的特點(diǎn)，對(duì)電鍍廢水中重金屬的處理及回收利用有著良好的效果。
05離子交換法
離子交換法是利用離子交換劑對(duì)廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行交換分離，常用的離子交換劑有腐殖酸物質(zhì)、沸石、離子交換樹(shù)脂、離子交換纖維等。離子交換的運(yùn)行操作包括交換、反洗、再生、清洗四個(gè)步驟。
此方法具有操作簡(jiǎn)單、可回收利用重金屬、二次污染小等特點(diǎn)，但離子交換劑成本高，再生劑耗量大。
研究強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂對(duì)含鎳廢水的處理工藝條件及鎳回收方法。結(jié)果表明：pH為6～7有利于強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)鎳離子的去除。離子交換除鎳的適宜溫度為30℃，適宜流速為15BV/h(即每小時(shí)l5倍樹(shù)脂床體積)。適宜的脫附劑為10%鹽酸，脫附液流速為2BV/h。前4.6BV脫附液可回用于配制電鍍槽液，平均鎳離子質(zhì)量濃度達(dá)18.8g/L。
Mei.1ingKong等研究了CHS—l樹(shù)脂對(duì)cr(VI)的吸附能力，發(fā)現(xiàn)Cr(VI)在低濃度時(shí)，樹(shù)脂的交換吸附率是由液膜擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)控制的。CHS一1樹(shù)脂對(duì)Cr(VI)的最佳吸附pH為2～3，在298K下其飽和吸附能力為347.22mg/g。CHS一1樹(shù)脂可以用5%的氫氧化鈉溶液和5%氯化鈉溶液來(lái)洗脫，再生后吸附能力沒(méi)有明顯的下降。
使用鈦酸酯偶聯(lián)劑將1一Fe203與丙烯酸甲酯共聚，在堿性條件下進(jìn)行水解，制備出磁性弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂NDMC一1。
通過(guò)對(duì)重金屬Cu的吸附研究發(fā)現(xiàn)，NDMC—l樹(shù)脂粒徑較小、外表面積大，因而具有較快的動(dòng)力學(xué)性能。
06蒸發(fā)濃縮法
蒸發(fā)濃縮法是通過(guò)加熱對(duì)電鍍廢水進(jìn)行蒸發(fā)，使液體濃縮達(dá)到回用的效果。一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬濃度高的廢水，用其處理濃度低的重金屬?gòu)U水時(shí)耗能大，不經(jīng)濟(jì)。
在處理電鍍廢水中，蒸發(fā)濃縮法常常與其他方法一起使用，可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，效果不錯(cuò)，比如常壓蒸發(fā)器與逆流漂洗系統(tǒng)聯(lián)合使用。蒸發(fā)濃縮法操作簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，但是濃縮后的干固體處置費(fèi)用大，制約了它的應(yīng)用，目前一般只作為輔助處理手段。
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