摘要：本文根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)入手，針對(duì)電鍍重金屬廢水的處理展開了試驗(yàn)研究，通過詳細(xì)闡述了試驗(yàn)的方法，并對(duì)試驗(yàn)所得結(jié)果作相關(guān)分析討論，實(shí)驗(yàn)證明，該處理方法能有效處理重金屬廢水，使得處理后的廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，以為有關(guān)方面提供有益的參考借鑒。
關(guān)鍵詞：電鍍廠;廢水;排放;處理
電鍍行業(yè)重金屬廢水已經(jīng)成為對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一，電鍍廢水中含有大量重金屬，一旦處理不當(dāng)而排入河道將嚴(yán)重污染自然環(huán)境。因此，對(duì)電鍍重金屬廢水進(jìn)行有效處理具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)際所需處理的電鍍廢水中含有的重金屬并不是單一種類，往往多種重金屬并存，現(xiàn)針對(duì)此進(jìn)行試驗(yàn)研究，以探索研究出針對(duì)性的科學(xué)有效處理方法，以使重金屬廢水的處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原水水質(zhì)
實(shí)驗(yàn)所用原水為某電鍍廠的電鍍廢水，該電鍍廢水的污染物濃度及相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
該電鍍廢水中所含氰化物和六價(jià)鉻超過《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)中所規(guī)定的最高允許排放濃度，因此，該電鍍廠的電鍍廢水處理主要考慮降低該濃度，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
含氰含鉻廢水的處理方法有很多，通過對(duì)常用處理方法的對(duì)比，擬采用臭氧破氰法去除廢水中氰化物，用FeSO4-Ca(OH)2還原沉淀法去除原水中的六價(jià)鉻化合物。由于原水中含六價(jià)鉻化合物濃度較高，單純化學(xué)法可能不能去除完全，擬再采用納濾法處理化學(xué)還原沉淀后的上清液，使出水各種重金屬離子濃度進(jìn)一步降低，達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900—2008)中所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.2.1 臭氧破氰實(shí)驗(yàn)
臭氧能夠氧化氰化物和硫氰酸鹽，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
CN-+O3——CNO-+O2↑
2CNO-+3O3+H2O——N2↑+2HCO3-+302↑
2SCN-+11O3+4OH-——2HCO3-+2SO32-+N2↑+3H2O+11O2↑
本次實(shí)驗(yàn)所用臭氧由臭氧發(fā)生器制得。取兩份原水水樣各1000mL，分別標(biāo)記為水樣1和水樣2，將水樣1的pH值調(diào)節(jié)至9～11，水樣2不作調(diào)整(pH值為6～7)以作對(duì)比。分別用上述臭氧發(fā)生器制得的臭氧曝氣，進(jìn)行臭氧破氰，測(cè)定出水中總氰化物的濃度。實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)如表2所示。
水樣2 1000 9～11 2.5 25
1.2.2 硫酸亞鐵—?dú)溲趸}法處理含鉻廢水實(shí)驗(yàn)
含鉻廢水在酸性條件下，用硫酸亞鐵將Cr(VI)還原為Cr3+，再加入氫氧化鈣作沉淀劑，使Cr3+及其他金屬離子沉淀下來。反應(yīng)式如下：
Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3++6Fe3++7H2O
Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
用硫酸亞鐵—?dú)溲趸}法處理含鉻廢水，還原時(shí)的pH值、還原劑硫酸亞鐵的投加量、沉淀劑氫氧化鈣的投加量都對(duì)去除效果有一定程度的影響。
①pH值對(duì)Cr(VI)去除率的影響。由化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算得到，還原劑FeSO4?7，H2O與Cr(VI)的質(zhì)量比約為16：1，但實(shí)際上往往會(huì)高于理論值。于是，取含Cr(VI)=26.27mg/L的原水樣6份，每份各50mL于50mL具塞比色管中，每份水樣中按FeSO4?7H2O：Cr(VI)=25：1加入FeSO4?7，H2O后，再分別用稀HCl調(diào)節(jié)溶液的pH值，充分反應(yīng)后加入過量Ca(OH)2進(jìn)行沉淀，沉淀完全后測(cè)定上清液中Cr(VI)的濃度，得出該反應(yīng)的最佳pH值。
②FeSO4?7H2O投加量對(duì)Cr(VI)去除率的影響。取含Cr(VI)=26.27mg/L的原水樣6份，每份各50mL于50mL具塞比色管中，分別加入稀HCl調(diào)節(jié)溶液的pH值至①實(shí)驗(yàn)中得到的最佳pH值，每份水樣按不同的還原劑投加比加入FeSO4?7H2O，充分反應(yīng)后加入過量Ca(OH)2進(jìn)行沉淀，沉淀完全后測(cè)定上清液中Cr6+的濃度，得出最佳FeSO4?7H2O投量。
③Ca(OH)2投加量對(duì)Cr3+沉淀效果的影響。取含Cr(VI)=26.27mg/L的原水樣6份，每份各50mL于50mL具塞比色管中，分別加入稀HCl調(diào)節(jié)溶液的pH至①實(shí)驗(yàn)中得到的最佳pH值，每份水樣中按②實(shí)驗(yàn)得出的最佳FeSO4?7H2O投量加入FeSO4?7H2O，充分反應(yīng)后按不同的沉淀劑投加比加入Ca(OH)2進(jìn)行沉淀，沉淀完全后測(cè)定上清液中Cr3+的濃度，得出最佳Ca(OH)2投加量。
1.2.3 納濾法深度處理實(shí)驗(yàn)
納濾是介于超濾和反滲透之間的一種壓力驅(qū)動(dòng)膜過程，不僅可以截留低分子量物質(zhì)，而且對(duì)溶解性無機(jī)鹽具有一定的截留能力。
納濾的試驗(yàn)裝置見圖1。
由于實(shí)驗(yàn)用水量較大，本次實(shí)驗(yàn)用自來水配制與化學(xué)法處理后主要離子濃度相同的實(shí)驗(yàn)用水進(jìn)行模擬。將配制好的實(shí)驗(yàn)用水接入水箱，待水位達(dá)到2/3高度后，開啟納濾進(jìn)水閥和濃、淡水出口閥門。啟動(dòng)原水泵，待壓力指示正常后再開啟高壓泵。觀察高壓泵出口壓力和濃水側(cè)壓力，通過濃水管路上的閥門來調(diào)節(jié)壓力以研究不同壓力對(duì)于處理效果的影響。
1.3 分析項(xiàng)目與方法
采用硝酸銀滴定法測(cè)定總氰化物含量;采用直接吸入火焰原子吸收法測(cè)定鉻、鎘、銅和鋅的濃度;使用便攜式pH計(jì)測(cè)定pH值。
2 結(jié)果與討論
2.1 臭氧破氰
根據(jù)1.2.1的方法進(jìn)行臭氧破氰實(shí)驗(yàn)，測(cè)定實(shí)驗(yàn)出水中總氰化物含量，得出水樣1和水樣2的出水中氰化物濃度分別為1.07mg/L和0.21mg/L。
由此可知，當(dāng)原水pH值調(diào)節(jié)為9～11，臭氧發(fā)生器進(jìn)入氧氣量為2.5L/min，臭氧曝氣時(shí)間為25min時(shí)，處理效果比不調(diào)pH值時(shí)好。此時(shí)，原水中氰化物去除率達(dá)到98.36%，，出水中氰化物濃度為0.21mg/L，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
其中ΔrGmθ(T)為標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變，對(duì)特定的反應(yīng)方程式為定值：C表示濃度，通常C<1mol/L;T表示熱力學(xué)溫度;上標(biāo)a、b表示化學(xué)計(jì)量數(shù);下標(biāo)d表示還原離子。ΔrGm(T)<0時(shí)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，且此值越小，反應(yīng)潛力越大。C+H越大，ΔrGm(T)越小。表觀上看，就是pH值越低，還原率R越大。
FeSO4的還原效果隨pH值變化幅度較小，這大概跟鐵氧體的形成有關(guān)。在堿性條件下，F(xiàn)e2+、Fe3+、Cr3+、OH-等形成共沉體——鐵氧體，消耗廢水中的Fe3+、Cr3+、OH-，促使方程式Cr2O72-+14H++6Fe2+=2Cr3++6Fe3++7H2O向右移動(dòng)，加大向右反應(yīng)進(jìn)程。
由圖2可以看出，當(dāng)pH值為4時(shí)，Cr(VI)的去除率最高。由以上兩種因素綜合考慮，該還原反應(yīng)需要酸性條件，但是反應(yīng)液酸性過大也將減小還原率。因此，實(shí)驗(yàn)得出的該反應(yīng)最佳pH值為4符合理論分析。
2.2.2 FeSO4?7H2O投加量對(duì)Cr(VI)去除率的影響
根據(jù)2.2.1的分析，將實(shí)驗(yàn)原水的pH值調(diào)整至4。根據(jù)②方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定上清液中Cr6+的濃度，計(jì)算出不同F(xiàn)eSO4?7H2O投加量下Cr(VI)的去除率，得出不同F(xiàn)eSO4?7H2O投加量與Cr(VI)去除率的關(guān)系如圖3。
由反應(yīng)方程式計(jì)算得，還原劑FeSO4?7H2O與Cr(VI)的質(zhì)量比約為16：1，但由于此反應(yīng)會(huì)生成鉻鐵氧體，因此實(shí)際還原劑用量會(huì)比理論值大。由圖2可以看出，當(dāng)FeSO4?7H2O：Cr(VI)=25：1時(shí)，Cr(VI)的去除率已經(jīng)與再提高FeSO4?7H2O投加量后的去除率大致相同了?？紤]經(jīng)濟(jì)因素可以確定，最佳還原劑投加量為FeSO4?7H2O：Cr(VI)=25：1。
2.2.3 Ca(OH)2投加量對(duì)Cr3+沉淀效果的影響
根據(jù)2.2.1和2.2.2節(jié)的分析，將原水的pH值調(diào)整至4，每份水樣中按FeSO4?7H2O：Cr(VI)=25：1加入FeSO4?7H2O，根據(jù)1.2.3節(jié)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定上清液中Cr3+的濃度，計(jì)算出不同Ca(OH)2投加量下Cr3+的沉淀率，得出不同Ca(OH)2投加量與Cr3+沉淀率的關(guān)系如圖4。
由圖5可以看出，原水Cr3+濃度越高，去除率越高;同一原水Cr3+濃度下，一級(jí)膜前壓越高，去除率越低;另外實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，隨壓力增大，濃水流量逐漸減小，淡水流量逐漸增大。
根據(jù)電鍍行業(yè)的水質(zhì)要求，電導(dǎo)率為250～1000μS/cm，25℃時(shí)，適用于預(yù)處理和中間處理及不重要的電鍍過程(氰化鍍銅、鍍鋅及磷酸處理)?？梢?，不同壓力下的出水(淡水)都滿足此回用要求。因此，該電鍍廠實(shí)際水處理工藝中，可以根據(jù)設(shè)備的耐壓程度以及水流量的關(guān)系靈活選擇進(jìn)水壓力。而且，如果選用更好的納濾膜，處理效果可以更好，出水電導(dǎo)率可以進(jìn)一步降低，滿足更高要求的回用條件。
3 結(jié)論
總之，重金屬廢水水質(zhì)比較復(fù)雜，為了達(dá)到更好的處理效果，需要使用多種有效方案結(jié)合利用，以確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于含重金屬離子廢水的處理，不但要將廢水處理達(dá)標(biāo)排放，并且處理后應(yīng)能將重金屬離子充分回收，將處理后的廢水回用，真正實(shí)現(xiàn)廢水的“零排放”，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)環(huán)境與工業(yè)的和諧可持續(xù)發(fā)展。
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來源:《基層建設(shè)》 作者:林偉毅 莫曉晴 胡源順
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