3种典型絮凝剂处理电镀废水的效果

2013-06-17付念毛祖国丁运虎肖伟平

电镀与涂饰 2013年8期

付念，毛祖国*，丁运虎，肖伟平

（武汉材料保护研究所，湖北武汉 430030）

随经济的不断发展，人们的环保意识逐渐提高，电镀废水的治理工作越来越得到重视，国家制定的电镀废水排放标准也日益严格，寻找一种合理、高效、经济的电镀废水处理工艺显得尤为重要。电镀废水的处理技术种类繁多，目前较成熟、使用较广泛的是化学法。化学法[1]是利用化学作用来处理废水中的溶解物质和胶体物质，以去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、植物营养素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸以及碱等的废水处理方法。絮凝剂是化学法处理电镀废水的主要药剂，对几种典型絮凝剂及影响因素做系统、全面分析的研究鲜有报道。本文选取聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)3种絮凝剂，全面探讨了它们在电镀废水中的作用机理和处理效果，并提出建议。

1 实验

1.1 试剂及仪器

聚丙烯酰胺，聚合硫酸铁，聚合氯化铝，4%(质量分数)NaOH 溶液，10%(体积分数)稀硫酸。模拟废水由SH15W-40 机油配制，COD 232.1 mg/L、pH 11～12，有含重金属和不含重金属2 种，含重金属的模拟废水各含铜、锌、镍、铬20 mg/L(在溶液酸化后加入)。4 种实际电镀废水水质情况见表1。

表1 实际电镀废水水质情况Table 1 Water quality of actual electroplating wastewater

TAS-990原子吸收光谱(北京普析通用仪器有限责任公司)，pHS-25C pH 计(上海理达仪器厂)。

1.2 测试及评价方法

根据GB/T 11914-1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》，采用重铬酸钾法测COD，采用原子吸收法测定重金属含量，按GB 21900-2008《电镀污染物排放标准》和HJ 2002-2010《电镀废水治理工程技术规范》的要求评定。

1.3 实验过程

本实验主要分为3 个阶段：第一阶段是确定采用3 种絮凝剂处理废水时的最佳pH 和加药量，并修订工艺流程；第二阶段是在最佳工艺下，比较3 种絮凝剂单独和组合处理模拟废水的效果，确定最佳絮凝剂的组合方案；第三阶段针对4 种实际电镀废水，改进和完善最佳废水处理方案，以有效去除电镀废水中的COD 和重金属。

2 结果与讨论

2.1 最佳pH 和絮凝剂加药量的确定

本阶段采用不含重金属的模拟废水为对象，以COD 去除效果为指标，得到最佳pH 和不同絮凝剂的加药量。具体为：取100 mL 不含重金属的模拟废水于烧杯中，用硫酸和氢氧化钠溶液调节pH 至一定值，分别加入一定量的PAM、PAC 或PFS，电磁力搅拌反应20 min，静置1.5 h，取上清液测COD。絮凝剂加入初期应快速搅拌，使絮凝剂快速分散，且与溶液混合均匀，之后应中速搅拌，避免切断分子链，再慢速搅拌(或静置)使废水絮凝沉淀完全。

2.1.1 pH 的确定

pH不同时，PAC 和PFS 会发生不同的水解反应[2-3]，使水解形态不同，对溶液的絮凝效率也有所不同，二者分别在pH = 5～9 和pH = 6～9 时具有最佳的絮凝效果。在不同pH 下，PAM 的羟基、酰胺基等活性基团的活性不同，从而影响絮凝效果[4]，其最佳pH 为7～9。

当分别采用10 mg/L PAM、200 mg/L PAC、200 mg/L PFS 处理废水时，pH 对COD 去除效果的影响见图1。

图1 pH 对不含重金属离子模拟废水COD 去除效果的影响Figure 1 Influence of pH on removal of COD in simulated wastewater free of heavy metal ions

从图1可看出，PFS 和PAC 的曲线比较平缓，对原废水pH 的要求不高，可在较宽pH 范围内较好地去除COD。而PAM 对pH 的要求相对较严格，pH 变化会引起COD 去除效率的变化趋势有较大波动。分别采用PAC、PFS 和PAM 作絮凝剂处理废水时，各自的最佳pH 分别为7、8 和7。

2.1.2 不同絮凝剂加药量的确定

分别采用不同絮凝剂，在各自的最佳pH 下处理不含重金属的模拟废水，不同絮凝剂加药量对废水COD去除效果的影响见图2。从图2可知，絮凝剂加药量对废水COD 去除效果的影响较大，加药量不足时，水中的杂质不能充分脱稳去除，COD 去除效率降低；加药量过大时，水中杂质会再次稳定，使COD 去除效率降低。PAM、PAC、PFS 的最佳加药量分别为10 mg/L、200 mg/L 和200 mg/L。

图2 絮凝剂对不含重金属离子模拟废水COD去除效果的影响Figure 2 Influence of dosage of flocculant on removal of COD in simulated wastewater free of heavy metal ions

2.2 工艺流程的确定

从上述实验中发现，PAC 对COD 的去除效果稍好于其他2 种。因此，以PAC 作絮凝剂，分别采用常规一步法和自行设计的两步法工艺流程处理含重金属的模拟废水，确定合适的工艺流程。由于局部pH 过高会导致部分重金属离子的再溶解，因此调pH 需要遵从慢加快搅的原则。

(1) 一步法：调节废水pH─加絮凝剂─静置─空气搅拌─测定。具体操作为：取100 mL 模拟废水，用硫酸和氢氧化钠调节pH 为9～10，加200 mg/L PAC，磁力搅拌20 min，静置1.5 h 后，取上清液并空气搅拌5 h，测定COD 和重金属含量。

(2) 两步法：调节废水pH─加絮凝剂─调节上清夜pH─加絮凝剂─静置─空气搅拌─测定。具体操作为：取100 mL 模拟废水，用硫酸和氢氧化钠调pH 为7，加200 mg/L PAC，磁力搅拌20 min，静置1.5 h；取上清液，用硫酸和氢氧化钠调pH 为9～10，再加20 mg/L PAC，磁力搅拌20 min，静置1.5 h，取上清液并空气搅拌5 h 左右，测定COD 和重金属含量。

两步法处理工艺的第一步旨在去除COD，第二步旨在去除重金属。表2为采用2 种流程处理含重金属模拟废水的结果。从表2可知，该工艺能有效去除废水中的COD 和重金属，实现处理后废水的达标排放。

表2 采用不同工艺处理含重金属离子的模拟废水的效果Table 2 Treatment effect of simulated wastewater containing heavy metal ions by using different technological processes

2.3 最佳絮凝剂组合方案的确定

在上述实验的基础上，对比了3 种絮凝剂单独和组合使用时对含重金属模拟废水的处理效果。有机絮凝剂和无机絮凝剂组合使用时的质量比为(1∶5)～(1∶10)，结果见表3。表3数据显示，虽然采用PAC+PAM 处理废水时，重金属的去除效果与单独采用PAC 处理废水时相差不大，但由于少量PAM 的存在可加快絮凝过程，使污泥成团较致密、含水率较低，COD 的去除效果略有提高。因此，选定PAC+PAM 组合处理实际的电镀废水。

表3 采用不同絮凝剂处理含重金属离子的模拟废水的效果Table 3 Treatment effect of simulated wastewater containing heavy metal ions by using different flocculants

2.4 实际电镀废水处理

实际电镀废水的情况远比模拟废水复杂，为防止废水因缺氧而发臭，保证废水污染物分布均匀，处理前对废水空气搅拌30 min；酸碱、含镍和含铬废水均含有一定浓度的铬离子，处理前需将六价铬还原并检测其含量；含镍和含铬废水的COD 较低，可直接进行第二步絮凝处理；本实验对含铜废水和酸碱废水分别进行两步法处理和一步法处理。采用两步法处理实际电镀废水的工艺流程见图3。