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電鍍重金屬廢水處理技術的綜合分析

2012-05-03

  電鍍重金屬廢水處理技術的綜合分析

  電鍍是利用電化學的方法對金屬和非金屬表面進行裝飾、防護及獲得某些新的性質的一種工藝過程。為保證電鍍產品的質量,使金屬鍍層具有平整光滑的良好外觀并與基體牢固結合,必須在鍍前把鍍件表面上的污物(油、銹、氧化皮等)徹底清洗干凈,并在鍍后把鍍件表面的附著液清洗干凈。因此,一般電鍍生產過程中必然排出大量電鍍廢水,必須進行電鍍廢水處理、重金屬廢水處理。

  電鍍廢水處理是一種難以徹底治理且更為復雜的混合重金屬廢水處理,電鍍污水處理必須根據電鍍廢水的水質、水量與電鍍生產的工藝條件、生產負荷、操作管理與用水方式等因素。電鍍重金屬污水處理的水質復雜,成分不易控制,其中含有氰化物、酸、堿、六價鉻、銅、鋅、鎘、鎳、金、銀等等重金屬污染物,毒性較大,有些屬于致癌、致畸、致突變的劇毒物質,對人類危害極大。

  電鍍廢水處理,主要針對電鍍漂洗廢水、鈍化廢水、鍍件酸洗廢水、刷洗地坪和極板的廢水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”產生的廢水,另外還有廢水處理過程中自用水的排放以及化驗室的排水等。電鍍廢水污染環境主要有兩個途徑,一個是量少濃度高的電鍍廢液的排放,一個是量大而相對濃度較低的電鍍廢水(主要是清洗廢水)的排放。

  電鍍廢水處理目的是將廢水中的有害、有毒物質加以分離后處理或回收利用,或者使有毒物質改性變成無毒物。江蘇銳志環保設備有限公司,嚴格產品開發和生產管理,保證產品質量和品種,開發生產的電鍍廢水處理、重金屬廢水處理成套系列設備,具有成本低、效率高、占地少、能耗小、操作維修方便等優點,處理后的水質達到國家環保排放標準,并可用于生產回用,為客戶節省支出,獲得更大的經濟效益,廣泛應用于國內多個電鍍污水處理、重金屬污水處理工程。

  1 電鍍重金屬廢水治理技術的現狀

  1.1化學沉淀

  化學沉淀法是使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶于水的重金屬化合物的方法,包括中和沉法和硫化物沉淀法等。

  1.1.1中和沉淀法

  在含重金屬的廢水中加入堿進行中和反應,使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式加以分離。中和沉淀法操作簡單,是常用的處理廢水方法。實踐證明在操作中需要注意以下幾點[1]:(1)中和沉淀后,廢水中若pH值高,需要中和處理后才可排放;(2)廢水中常常有多種重金屬共存,當廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時,pH值偏高,可能有再溶解傾向,因此要嚴格控制pH值,實行分段沉淀;(3)廢水中有些陰離子如:鹵素、氰根、腐植質等有可能與重金屬形成絡合物,因此要在中和之前需經過預處理;(4)有些顆粒小,不易沉淀,則需加入絮凝劑輔助沉淀生成。

  1.1.2硫化物沉淀法

  加入硫化物沉淀劑使廢水中重金屬離子生成硫化物沉淀除去的方法。與中和沉淀法相比,硫化物沉淀法的優點是:重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低,而且反應的pH值在7—9之間,處理后的廢水一般不用中和。硫化物沉淀法的缺點是[2]:硫化物沉淀物顆粒小,易形成膠體;硫化物沉淀劑本身在水中殘留,遇酸生成硫化氫氣體,產生二次污染。為了防止二次污染問題,英國學者研究出了改進的硫化物沉淀法,即在需處理的廢水中有選擇性的加入硫化物離子和另一重金屬離子(該重金屬的硫化物離子平衡濃度比需要除去的重金屬污染物質的硫化物的平衡濃度高)。由于加進去的重金屬的硫化物比廢水中的重金屬的硫化物更易溶解,這樣廢水中原有的重金屬離子就比添加進去的重金屬離子先分離出來,同時防止有害氣體硫化氫生成和硫化物離子殘留問題。

  1.2氧化還原處理

  1.2.1 化學還原法

  電鍍廢水中的Cr主要以Cr6+離子形態存在,因此向廢水中投加還原劑將Cr6+還原成微毒的Cr3+后,投加石灰或NaOH產生Cr(OH)3沉淀分離去除;瘜W還原法治理電鍍廢水是最早應用的治理技術之一,在我國有著廣泛的應用,其治理原理簡單、操作易于掌握、能承受大水量和高濃度廢水沖擊。根據投加還原劑的不同,可分為FeSO4法、NaHSO3法、鐵屑法、SO2法等

  應用化學還原法處理含Cr廢水,堿化時一般用石灰,但廢渣多;用NaOH,則污泥少,但藥劑費用高,處理成本大,這是化學還原法的缺點。

  1.2.2 鐵氧體法

  鐵氧體技術是根據生產鐵氧體的原理發展起來的。在含Cr廢水中加入過量的FeSO4,使Cr6+還原成Cr3+, Fe2+氧化成Fe3+,調節pH值至8左右,使Fe離子和Cr離子產生氫氧化物沉淀。通入空氣攪拌并加入氫氧化物不斷反應,形成鉻鐵氧體。其典型工藝有間歇式和連續式。鐵氧體法形成的污泥化學穩定性高,易于固液分離和脫水。鐵氧體法除能處理含Cr廢水外,特別適用于含重金屬離子的電鍍混合廢水。我國應用鐵氧體法已經有幾十年歷史,處理后的廢水能達到排放標準,在國內電鍍工業中應用較多。

  鐵氧體法具有設備簡單、投資少、操作簡便、不產生二次污染等優點。但在形成鐵氧體過程中需要加熱(約70攝氏度),能耗較高,處理后鹽度高,而且有不能處理含Hg和絡合物廢水的缺點。

  1.2.3 電解法

  電解法處理含Cr廢水在我國已經有二十多年的歷史,具有去除率高、無二次污染、所沉淀的重金屬可回收利用等優點。大約有30多種廢水溶液中的金屬離子可進行電沉積。電解法是一種比較成熟的處理技術,能減少污泥的生成量,且能回收Cu、Ag、Cd等金屬,已應用于廢水的治理。不過電解法成本比較高,一般經濃縮后再電解經濟效益較好。

  1.3 溶劑萃取分離

  溶劑萃取法[4]是分離和凈化物質常用的方法。由于液一液接觸,可連續操作,分離效果較好。使用這種方法時,要選擇有較高選擇性的萃取劑,廢水中重金屬一般以陽離子或陰離子形式存在,例如在酸性條件下,與萃取劑發生絡合反應,從水相被萃取到有機相,然后在堿性條件下被反萃取到水相,使溶劑再生以循環利用。這就要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優越性,然而溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大,使這種方法存在一定局限性,應用受到很大的限制。

  1.4 吸附法

  吸附法是利用吸附劑的獨特結構去除重金屬離子的一種有效方法。利用吸附法處理電鍍重金屬廢水的吸附劑有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖樹脂等;钚蕴垦b備簡單,在廢水治理中應用廣泛,但活性炭再生效率低,處理水質很難達到回用要求,一般用于電鍍廢水的預處理。腐植酸類物質是比較廉價的吸附劑,把腐植酸做成腐植酸樹脂用以處理含Cr、含Ni廢水已有成功經驗。有相關研究表明,殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑,殼聚糖樹脂交聯后,可重復使用10次,吸附容量沒有明顯降低[5]。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Pb2+、Hg2+、Cd2+有很好的吸附能力,處理后廢水中重金屬含量顯著低于污水綜合排放標準。另有文獻報道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑,鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對Cr6+的去除率達到99%,出水中Cr6+含量低于國家排放標準,具有實際應用前暑。

  1.5 膜分離技術

  膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來進行物質分離的技術,包括電滲析、反滲透、膜萃取、超過濾等。用電滲析法處理電鍍工業廢水,處理后廢水組成不變,有利于回槽使用。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金屬離子廢水都適宜用電滲析處理,已有成套設備。反滲透法已大規模用于鍍Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金屬廢水處理。采用反滲透法處理電鍍廢水,已處理水可以回用,實現閉路循環。液膜法治理電鍍廢水的研究報道很多,有些領域液膜法已由基礎理論研究進入到初步工業應用階段,如我國和奧地利均用乳狀液膜技術處理含Zn廢水,此外也應用于鍍Au廢液處理中[7]。膜萃取技術是一種高效、無二次污染的分離技術,該項技術在金屬萃取方面有很大進展。

  1.6 離子交換處理法

  離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質的方法,應用的離子交換劑有離子交換樹脂、沸石等等,離子交換樹脂有凝膠型和大孔型。前者有選擇性,后者制造復雜、成本高、再生劑耗量大,因而在應用上受到很大限制。離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子通過離子交換來實現的。推動離子交換的動力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力,多數情況下離子是先被吸附,再被交換,離子交換劑具有吸附、交換雙重作用。這種材料的應用越來越多,如膨潤土[11],它是以蒙脫石為主要成分的粘土,具有吸水膨脹性好、比表面積大、較強的吸附能力和離子交換能力,若經改良后其吸附及離子交換的能力更強。但是卻較難再生,天然沸石在對重金屬廢水的處理方面比膨潤土具有更大的優點:沸石[9]是含網架結構的鋁硅酸鹽礦物,其內部多孔,比表面積大,具有獨特的吸附和離子交換能力。研究表明[10],沸石從廢水中去除重金屬離子的機理,多數情況下是吸附和離子交換雙重作用,隨流速增加,離子交換將取代吸附作用占主要地位。若用NaCl對天然沸石進行預處理可提高吸附和離子交換能力。通過吸附和離子交換再生過程,廢水中重金屬離子濃度可濃縮提高30倍。沸石去除銅,在NaCl再生過程中,去除率達97%以上,可多次吸附交換,再生循環,而且對銅的去除率并不降低。

  1.7 生物處理技術

  由于傳統治理方法有成本高、操作復雜、對于大流量低濃度的有害污染難處理等缺點,經過多年的探索和研究,生物治理技術日益受到人們的重視。隨著耐重金屬毒性微生物的研究進展,采用生物技術處理電鍍重金屬廢水呈現蓬勃發展勢頭,根據生物去除重金屬離子的機理不同可分為生物絮凝法、生物吸附法、生物化學法以及植物修復法。

  隨著全球可持續發展戰略的實施,循環經濟和清潔生產技術越來越受到人們關注。電鍍重金屬廢水治理從末端治理已向清潔生產工藝、物質循環利用、廢水回用等綜合防治階段發展。未來電鍍重金屬廢水治理將突出以下幾個方面:

  (1)貫徹循環經濟、重視清潔生產技術的開發與應用;提高電鍍物質、資源的轉化率和循環使用率;從源頭上削減重金屬污染物的產生量,并采用全過程控制、結合廢水綜合治理、最終實現廢水零排放。

  (2)電鍍重金屬廢水的處理技術很多,其中生物技術是具有較大發展潛力的技術,具有成本低、效益高、不造成二次污染等優點。隨著基因工程、分子生物學等技術的發展和應用,具有高效、耐毒性的菌種不斷培育成功,為生物技術的廣泛應用提供了有利條件。對于已經污染的、范圍大的外環境,可采用植物修復技術治理,在治污的同時,不僅美化了環境,還可以獲得一定的經濟效益。

  (3)綜合一體化技術是未來電鍍廢水治理技術的熱點。電鍍廢水種類繁多,各種電鍍工藝差異很大,僅使用一種廢水治理方法往往有其局限性,達不到理想的效果。因此,綜合多種治理技術特點的一體化技術應運而生。

  電鍍廢水處理站的工藝管理:

  電鍍廢水因水質差異較大,因此選取的工藝千差萬別,每一種工藝都有其特定的控制參數,以及正常運行的參數范圍,需要專門的管理人員定期進行記錄。

  參數的變化直接決定著設備是否正常運行,也是判斷各設備最佳清洗時機及清洗效果的依據。每天按時記錄這些參數,并將其備案。若發現數據異常,應及時查找原因并作簡單的故障分析,或及時聯系我公司售后服務部門。將這些故障的原因備案。

  電鍍廢水處理站的日常事務管理:

  1.工作人員應每日對電鍍廠各車間進行檢查,確保廢水的正常收集。如焦銅、褪鍍液、化學鎳、有機染料等不能排放到廢水站,需單獨收集送外處理,清缸液等濃度高的廢水也不能一次性排放,需少量多次排放。

  2、工作人員應在每日開始工作前對設備進行仔細的檢查,對于明顯的易于發現的問題及時更正。如:水箱是否漏水等。

  3、工作人員應該注意開啟設備的順序。設備的運行為半自動化。手動運行的設備開機順序尤其重要,運行不當會造成設備的損傷。例如:設備運行前各階段的閥門是否正常打開,泵不能在沒有水的條件下空轉等。

  4、工作人員在設備正常運行后,應分時段記錄設備的運行參數。并對設備的運行狀況進行監督,如有異常情況,應作緊急處理。無法處理的,應向負責人匯報。

  5、工作人員應做好每日的設備清洗工作,對每個處理構筑物的清洗時機的判斷、清洗方法、水量等應有全面的掌握,保證設備長期穩定的運行。尤其是超濾膜和反滲透膜,其清洗的效果直接決定了廢水的回收率和出水水質,以及膜的使用壽命。

  6.工作人員應對每項操作認真仔細,以確保各系統的正常、穩定運行。如化學沉淀系統中,破氰、鉻還原時間要充足;中水回用系統中,預處理系統每天至少清洗一次等。

  7、工作人員于每日下班時關閉廢水處理設備,對于全天運行的設備,廢水處理站應該配備充足的人員進行全天的操作、監控,保證設備的正常、穩定運行。

  8.廢水處理車間做好衛生工作,保證車間的環境衛生整潔。

  9、工作人員應定期(1個月或2個月)對設備停機運行作保養和維護,以保證處理設備能不間斷運行。

經典工程案例

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