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电镀废水处理与回用工艺设计分析

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摘要:针对某电镀车间产生的废水水质实际情况,设计一套包含六价铬还原和铜离子、锌离子与铬离子沉淀的电镀废水处理及回用工艺,并通过实践验证了这一工艺的有效性与合理性。

关键词:电镀废水;废水处理;废水回用

在生产制造业,时常有电镀废水产生和排出,若未能有效处理电镀废水,将对环境造成严重污染和破坏。传统处理工艺已经无法满足现实要求,亟须进行新工艺设计,在保证处理效果的同时,实现回用。

1工艺设计

如果将生产制造铜质散热器作为核心,实际的生产制造时,很多黄铜件都要经过化学除油与酸洗,而且还有很多钢铁件需实施电镀加工,加工时会产生一定量电镀废水,废水中,往往含有很多有毒有害物质,如铁离子、锌离子、六价铬和铜离子等。若未能有效处理这些废水而直接排放,将造成极其严重的污染,甚至危害到水域附近居民身体健康。为有效消除这一污染,减少有害物质,需要分析并制定合理可行的处理流程及参数。电镀废水处理基本流程如图1所示。

1.1废水水质

以某电镀车间产生的废水为例,其水质情况为:(1)六价铬离子含量在1.0~7.0mg/L范围内,不符合国家标准(不超过0.5mg/L);(2)总铬含量在2.0~14.0mg/L范围内,不符合国家标准(不超过1.5mg/L);(3)铜离子含量在9.0~950.0mg/L范围内,不符合国家标准(不超过1.0mg/L);(4)锌离子含量在16.0~1800.0mg/L范围内,不符合国家标准(不超过5.0mg/L);(5)pH值在2~12范围内。

1.2六价铬还原

对于化学沉淀法,其基本原理为先在弱酸环境下将六价铬还原成三价铬,再将pH值调整至7以上,促使三价铬形成沉淀物。还原时,pH值应控制在1.5~2.5范围内,不同金属离子的沉淀pH值有所不同,具体为:(1)当pH值为5.5时,三价铬离子开始沉淀,当pH值在6.3~6.5范围内时,三价铬离子大量沉淀,当pH值为9.2时,三价铬离子重新溶解;(2)当pH值为5.8时,铜离子开始沉淀,当pH值为7.5时,铜离子大量沉淀;(3)当pH值为7.6时,锌离子开始沉淀,当pH值为8.3时,锌离子大量沉淀,当pH值超过11时,锌离子开始溶解;(4)当pH值为2.8时,三价铁离子开始沉淀,当pH值为3.5时,三价铁离子大量沉淀[1]。根据以上pH值范围,先添加酸将pH值调整至1.5~2.5开始对六价铬实施还原,再添加碱促使生成的三价铬开始生成沉淀。此时需要耗费大量酸、碱,提高成本,并且还会产生大量的污泥。对此,将硫酸亚铁作为还原剂,能有效解决这一问题,这是因为该还原剂基本不会受到pH值作用影响,充分利用此特点在当pH值小于或等于6.5时,无须对pH值进行调整,即可完成六价铬还原。二价铁氧化生成三价铁以后,和其他金属离子共同存在的实际情况下,沉淀产生pH值将有所降低。氢氧化铁能实现絮凝,为后续絮凝沉淀奠定良好基础。充分借助硫酸亚铁与三价铁各自优势,可将发生絮凝沉淀时的pH值调整至6~8,这即为从排水口中流出的废水pH值。根据以上原理,对废水实施还原处理,结果为:可见,将硫酸亚铁作为还原反应的还原剂,能克服pH值造成的影响和干扰,同时减少运行过程中的成本[2]。

1.3铜离子、锌离子与铬离子沉淀

如前所述,这三种金属离子开始大量产生沉淀的pH值在6~9范围内,当三价铁离子和其他金属离子一同存在时,通常6~9的pH值范围即可符合国家标准。相关试验结果为:(1)1#水样,pH值为6.0,铜、锌、三价铬和总铬含量分别为0.60、0.025、0.020和0.032mg/L;(2)2#水样,pH值为7.0,铜、锌、三价铬和总铬含量分别为0.89、0.200、0.004和0.087mg/L;(3)3#水样,pH值为8.0,铜、锌、三价铬和总铬含量分别为0.36、0.025、0.004和0.022mg/L;(4)4#水样,pH值为9.0,铜、锌、三价铬和总铬含量分别为0.30、0.025、0.002和0.025mg/L。为加快沉淀速度,保证沉淀效率,需要选择适宜的絮凝剂。经对比试验可知,可采用PAM与PAC混合而成的絮凝剂。以水质情况为依据,通过试验将PAC用量控制在0.1~0.2g/L范围内,将PAM用量控制在0.002~0.004g/L范围内。相比之下,PAM用量相对较小,生成沉淀的速度快,已经破坏的絮凝物可以二次絮凝,且具有良好的滤渣脱水性。其中,二次絮凝对本工程尤为重要,因为处理厂的反应池较低,而沉淀池很高,要采用泵机把废水传输到沉淀池,提升时絮凝物必定遭到破坏,若没有这一特点,则无法再次生成沉淀。为保证沉淀效率,按照浅层沉淀基本理论,随池深的不断减小,沉淀效率将越来越高,通过对蜂窝斜管的设置能缩短沉淀的用时,使出水水质达到预期[3]。此外,为进一步保证回用水整体质量,需要对完成沉淀的水实施二次过滤,到满足回用要求为止。

1.4工艺流程

工艺流程如图2所示。图2的工艺流程中:①隔油池主要具备三种功能,分别为调节、隔油与储水;②向反应池中添加的碱,均从车间生产的废碱产生,通过对这部分废碱的合理应用,除了能将车间生产时使用的水的pH值控制在6.5以内,为直接的还原反应创造良好条件,还能减少新碱的实际用量,从而真正实现以废治废根本目标。

2处理效果

因将硫酸亚铁作为还原反应的还原剂,所以能使六价铬离子发生还原反应的pH值调整至6.5及以下,此时无需再对pH值进行调整即可完成处理,并减少了酸和碱的使用量。此外,在还原剂反应生成氢氧化铁后,还可实现絮凝,减少絮凝剂实际用量,进一步降低成本,最终取得既满足处理质量又节省处理成本费用的良好效果。处理工艺参数如表1所示。

3结语

该处理方法主要具有下列优势:减少环境破坏与污染,尤其是废水当中的重金属,使其能符合国家相关标准要求;实现废碱回用,在保证废水为弱酸性的同时,促进还原反应不断进行;仅需新建一座处理站,大幅节省了工程建设费用。

参考文献

[1]孙萌萌,刘立忠,孙同华,等.电镀废水中高浓度氨氮深度处理方法研究[J].工业水处理,2018(11):78-81.

[2]林业星,王子波.曝气铁碳内电解-改性茶渣联用技术处理含铬电镀废水[J].污染防治技术,2018(5):50-52,56.

[3]董佳,彭丽花.某工业园区电镀废水处理工艺改造的实验与探索[J].环境保护科学,2018,44(4):61-64.

作者:曹原 单位:中航长沙设计研究院有限公司

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