两步混凝法去除电镀废水中的铜和镍

刘耀兴 雷玉新 廖再毅 吴晓云 欧阳通 纪道斌 陈建军

（1.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.厦门大学 环境与生态学院，福建 厦门 361005）

电镀废水来源于镀件漂洗水、废槽液、设备冷却水和冲洗地面水，废水中含有大量的重金属离子，毒性较大，排入环境对环境和人体具有较大的危害.目前电镀废水的处理方法主要有混凝沉淀法［1-2］、膜方法［3］、吸附法［4-5］、生物方法［6］等.其中混凝沉淀方法因其去除效率高、设备成本低、运行管理简单等优点，应用最为广泛.如杨丽芳等［7］利用FeSO4和PAC两种混凝剂对电镀废水中的低浓度Ni2＋进行了去除研究，发现溶液pH为9.6，FeSO4浓度为3.7mg／L时，Ni2＋具有最佳的去除效果；张志军等［8］利用FeSO4和PAC对电镀废水中的Cu2＋进行去除，发现溶液pH为8.0，投加量为12.5mg／L时具有最佳的效果，Cu2＋去除率可达99.2%.

江苏某电镀厂废水中主要含有Cu2＋和Ni2＋两种金属离子，目前该工厂主要用混凝的方法对废水中的两种金属离子进行去除，但成本相对较高.本研究以该电镀厂废水为对象，通过优化废水处理过程、混凝剂类型、混凝剂和助凝剂投加量、溶液pH等实验条件，设计两步混凝沉淀法对该电镀废水进行处理，经处理的废水可达到《电镀污染物排放标准》和《铜、镍、钴工业污染物排放标准》中规定的各种排放限值.

1 实验部分

1.1 试验水样

本试验研究用水取自该电镀厂，水质指标见表1.

表1 原水样水质指标

1.2 试剂与仪器

氢氧化钙、氢氧化钠（国药集团化学试剂有限公司，分析纯），盐酸（天津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯），聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、分子量1200万阴离子型聚丙烯酰胺（巩义市震宇净水材料厂），超纯水（18.2MΩ）.

酸度计，UB-7，美国Denver；火焰石墨炉原子吸收仪，900T，美国PE；六联式搅拌器，JJ-4型，上海比郎仪器有限公司.

1.3 试验方法与步骤

1）中和过程.使用氢氧化钙溶液将酸性电镀废水调节至碱性.

2）第一步混凝沉淀.向调节pH后的废水中加入助凝剂PAM，进行混凝沉淀.

3）第二步混凝沉淀.向第一步混凝沉淀的上清液中加入一定量的混凝剂和助凝剂，进行混凝沉淀.

4）测定.取第二步混凝沉淀后的上清液进行金属离子浓度测定.

混凝沉淀步骤：首先调节转速为300r／min，持续1min；再调节转速为100r／min，持续2min；之后调节转速为40r／min，持续2min；最后静置15min.

1.4 测定方法

废水pH采用酸度计测定；Cu2＋和Ni2＋两种金属离子采用原子吸收法测定.

2 结果与讨论

2.1 调节pH试剂与混凝剂类型优化

中和酸性废水一般用氢氧化钠和氢氧化钙两种试剂，但氢氧化钠和氢氧化钙对混凝效果具有一定的影响.此部分试验分别用氢氧化钠和氢氧化钙溶液调节废水pH至10后，在PAM的投加量为0.15g／L，混凝剂聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铁与聚合氯化铝1∶1溶液的投加量为0.75g／L的条件下，考察氢氧化钠、氢氧化钙分别作为调节pH试剂以及混凝剂类型对废水处理效果的影响，结果如图1所示.

图1 调pH试剂类型与混凝剂类型对Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影响

由图1发现，仅当选择c混凝剂时，氢氧化钠调节pH与氢氧化钙调节pH对Ni2＋、Cu2＋处理效果的影响不明显，而选择a、b和d 3种混凝剂时，与氢氧化钠调节pH相比，氢氧化钙调节pH时，废水中的Ni2＋、Cu2＋两种重金属离子均具有更好的去除效果，处理后水中的离子浓度更低.同时发现，当使用单一的聚合硫酸铁为混凝剂时，处理后废水中两种金属离子的浓度最高，废水处理效果最差；当使用单一的聚合氯化铝铁为混凝剂时，处理后废水中Ni2＋、Cu2＋的浓度最低，对该废水的处理效果最好.接下来的试验中就选择用氢氧化钙调节废水pH，选择聚合氯化铝铁为混凝剂.

2.2 溶液pH的优化

在混凝剂聚合氯化铝铁投加量为0.75g／L，助凝剂PAM 投加量为0.15g／L，废水pH 分别为7.0、8.0、9.0、10.0、11.0和12.0时，研究溶液pH 对废水处理效果的影响，结果如图2所示.由图2可见，随着废水pH由7.0升高至11.0时，处理后水中Ni2＋、Cu2＋浓度逐渐降低；废水pH高于11.0时，处理后水中Ni2＋、Cu2＋浓度缓慢升高.当溶液pH为11.0时，废水中两种金属离子的去除效果最好，处理后废水中Ni2＋、Cu2＋的质量浓度分 别 为0.11mg／L 和0.21 mg／L.这主要是因为，当废水pH为11.0时，经过第一步沉淀后的废水pH适合聚合氯化铝铁形成铁、铝的各种配合物或聚合物，使得聚合氯化铝铁对金属离子具有更好的去除效果.当废水pH偏低时，形成的铁、铝各种配合物或聚合物较少，以致对金属离子的去除较差；当废水pH偏高时，由于铝是典型的两性金属，在高pH条件下，铝盐会再次溶解，使得对金属离子的去除效果较差［9］.

图2 废水pH对Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影响

2.3 混凝剂投加量优化

在溶液pH为11.0，助凝剂PAM投加量为0.15 g／L，混凝剂聚合氯化铝铁投加量分别为0.25、0.5、0.75、1.0、1.5和2.0g／L的条件下，考察聚合氯化铝铁投加量对废水处理效果的影响，结果如图3所示.

图3 聚合氯化铝铁投加量对Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影响

由图3可见，随着聚合氯化铝铁投加量的增加，处理后废水中Ni2＋、Cu2＋的浓度先降低后升高，当聚合氯化铝铁投加量为1.0g／L时，处理水中Ni2＋、Cu2＋的质量浓度最低，分别为0.06mg／L 和0.17 mg／L.当投加量小于1.0g／L时，两种金属离子的去除效果随着聚合氯化铝铁投加量的增加而升高，主要是因为随着聚合氯化铝铁投加量的增加，形成的铝盐和铁盐的氢氧化物增多，对两种金属离子的吸附和网捕作用增强；当聚合氯化铝铁投加量大于1.0g／L时，会因为废水中存在过多的聚合铁和铝，而产生“胶体保护”作用，使胶粒电荷变号或使胶粒被包卷而重新稳定［9］，不利于废水中 Ni2＋、Cu2＋的去除.

2.4 助凝剂PAM投加量优化

在废水pH为11.0、聚合氯化铝铁投加量为1.0 g／L、PAM 投加量分别为0.05、0.10、0.15、0.2、0.25和0.3g／L的条件下，考察PAM投加量对废水处理效果的影响，结果如图4所示.

图4 PAM投加量对Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影响

由图4可见，随着PAM投加量的增加，处理后废水中Ni2＋、Cu2＋浓度先降低后升高，当PAM投加量为0.2g／L时，Ni2＋、Cu2＋同时具有最好的去除效果，处理后废水中的质量浓度分别为0.06mg／L和0.13mg／L.PAM主要是通过吸附架桥作用而提高废水中重金属离子的去除效果，当PAM投加量低于0.2g／L时，随着PAM 投加量的增加，Ni2＋、Cu2＋去除效果增加的主要原因是因为随着PAM投加量的增加，会有较多的金属胶粒通过吸附架桥作用而被去除；但PAM 投加量高于0.2g／L时，Ni2＋、Cu2＋的去除效果随PAM投加量的增加而降低，主要是因为当废水中存在过多的PAM时，会使得金属胶粒被PAM大面积包卷甚至全包卷，而产生“胶体保护”作用［9］，使得金属胶粒不易被去除.

3 结 论

试验结果表明，本研究方法对该电镀废水中的Ni2＋、Cu2＋具有良好的去除效果，并可大大降低处理成本，主要结论如下：1）与氢氧化钠相比，使用氢氧化钙调节废水pH对该混凝工艺处理电镀废水中的Ni2＋、Cu2＋的去除效果更佳.2）废水pH 为11.0、聚合氯化铝铁投加量为1.0g／L，助凝剂PAM投加量为0.2g／L为该废水的最佳处理条件.3）最佳处理条件下的处理成本为1.9元／吨电镀废水.

［1］宋博宇，何连生，席北斗，等.中和-硫化-混凝工艺处理含重金属酸性废水的试验研究［J］.工业水处理，2013，33（6）：29-31.

［2］张志军，张春宇，杨丽芳，等.混凝-微滤法处理含铜、镍电镀废水试验研究［J］.工业水处理，2010，30（5）：64-66.

［3］王乐译，李文国，王炳厚.膜法处理电镀废水［J］.水处理技术，2012，38（7）：131-132，135.

［4］罗道成，刘俊峰.改性蛭石吸附电镀废水中铜离子的研究［J］.材料保护，2006，39（5）：63-65.

［5］罗道成，沈恒冠，安 静，等.改性聚丙烯腈纤维处理电镀废水研究［J］.水处理技术，2012，38（6）：54-56.

［6］代淑娟，魏德洲，白丽梅，等.生物吸附-沉降法去除电镀废水中镉［J］.中国有色金属学报，2008，18（10）：1945-1950.

［7］杨丽芳，张志军，张文波.混凝法处理含镍电镀废水［J］.电镀与环保，2011，31（3）：45-47.

［8］张志军，杨丽芳，徐智炜.混凝法处理含铜电镀废水的实验研究［J］.环境工程学报，2009，3（7）：1233-1236.

［9］严熙世，范瑾初，许保玖.给水工程［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，1999：254-272.