高压脉冲电絮凝和交变电场水处理技术在电镀企业水资源管理中的应用

2017-03-13徐国仁颜真江博涵

电镀与涂饰 2017年4期

关键词：电凝电镀废水处理

徐国仁，颜真*，江博涵

（1.联通云数据有限公司廊坊市分公司，河北廊坊 065001；2.上海科莫系统科技有限公司，上海 201613）

高压脉冲电絮凝和交变电场水处理技术在电镀企业水资源管理中的应用

徐国仁1，颜真2,*，江博涵2

（1.联通云数据有限公司廊坊市分公司，河北廊坊 065001；2.上海科莫系统科技有限公司，上海 201613）

介绍了高压脉冲电絮凝和交变电场水处理技术的基本原理及其在电镀企业的废水处理和中水回用中的应用。

脉冲电絮凝；交变电场；电镀；废水；处理；回用

First-author’s address: Langfang Branch of China Unicom Cloud Data Co., Ltd., Langfang 065001, China

随着中国经济的不断发展，水资源问题日益严峻，我国环保政策要求也越来越严格。不仅对企业排水水质有要求，对企业的用水量、排水量都有了更苛刻的要求。众多企业开始由粗放生产型向科学管理型转变。如何在达标排放的基础上，更高效、科学地使用水资源也越来越为企业所重视。

使整个企业的每一个水系统变成一个整体管理的一部分，让企业的每一滴水都得到充分合理的重复再利用，这便是“水平衡”的概念。它不同于零排放，而是更合理的低排放，典型的实施方式见图1。

图1 如何从电镀厂中找出可节省/回用的水Figure 1 How to find the savable and reusable water in an electroplating plant

要想充分重复再利用，就必须对各个工艺的处理水质提出更高的要求，从而最大限度地降低再处理或再利用的难度。传统的水处理方式均以化学药剂添加为主，处理效果在某一个环节中基本可达到要求，但药剂的添加，本身对水体也是一种“污染物”的引入，并且部分药剂比常见污染物更加难以从水体中分离，这也大大增加了再处理和重复利用的难度。当传统的水处理模式越来越难以达到企业的预期和整体环保规划之时，越来越多的新技术进入环保行业。其中，最容易利用的便是物理水处理技术。

物理水处理技术，顾名思义，是以物理处理的方式为主导，不加或辅以极少化学药剂，最终达到低费用、少残留、更高水质的要求。这种方式的关键在于采用电能引发化学变化，减少或不再添加化学药剂，大大地降低了流程中的二次污染概率，为水体的后续处理和重复利用提供便利条件。目前物理水处理方式花样繁多，笔者推荐使用高压脉冲电凝和交变电场水处理技术，前者针对废水处理，后者针对水垢等问题，两者均适应性好，且最具前沿性。这两种技术在电镀废水处理中的典型应用如图2所示。

图2 典型的电镀废水处理及中水回用流程图Figure 2 Flow chart of typical electroplating wastewater treatment and reclamation process

1 高压脉冲电凝技术在电镀废水处理中的应用

高压脉冲电絮凝技术利用高电压作用于水中乳化油、大分子有机物、微生物、重金属离子、悬浮物和部分有色物质，产生的氧化、还原、电絮凝三种反应对COD、氨氮、重金属、色度等指标都有很好的降低作用。因此，高压脉冲电凝工艺可以广泛地应用于各类工业废水项目。在电镀行业等重金属废水处理中，与传统化学法相比，高压脉冲电凝工艺具有分离效果好(出水可远低于GB 21900–2008《电镀污染物排放标准》的“表3”标准)，处理水质跨度大(适应性高)，处理成本低(可达10元/t以内)，泥量少(减少50% ～ 70%)且含水率低，占地面积小，减少人工(可自动控制)等优点。

高压脉冲电絮凝处理过程是复杂的物理及电化学过程。在外加电动势的作用下，可溶性阳极溶解产生大量阳离子，阳离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基配合物和氢氧化物，这些产物吸附能力很强，起到凝聚、吸附、共沉淀等作用。电解过程中，阳极和阴极上分别产生的氧气和氢气，对水中物质产生氧化还原作用，且气泡直径小、黏附性能强，在其上浮过程中可将悬浮物带到水面。

该技术处理的主要影响因素包括电极设计及材料、电流密度、反应时间、原水pH、待分离组分浓度等。材料的选择、电极的放电方式、设备的构造以及原水调节的参数情况，均体现了使用者对该技术的应用水平。

这里值得一提的是新兴高压脉冲电凝，它与传统电絮凝的区别在于采用了脉冲电源。脉冲电源的加入使电极反应断续进行，有利于减少浓差极化，降低能耗，使 Fe2+的释放量根据水处理的需要而定，从而进一步减少消耗和污泥量。当絮凝槽电极施加电场定时换相时，可以从两极产生阳离子，且两极极性的变化对防止电极钝化有积极作用。

上海科莫系统科技有限公司致力于高压脉冲电凝技术的研究，并于近年取得突破，并通过100多家客户废水的反复测试，证明了该技术的稳定性可以满足多种废水处理的严格要求。以天津某电镀公司的六价铬废水处理为例，利用高压脉冲电凝处理总铬浓度为1417 mg/L的六价铬废水(pH 1.3，电导率7 000 μS/cm)，经取样、曝气，取上清液后过滤检测，出水水质为：pH 7.8，电导率5 100 μS/cm，总铬0.16 mg/L。出水总铬含量低于GB 21900–2008的“表3”排放限值(0.5 mg/L)。图3是高压脉冲电凝处理前后的水样照片。

图3 高压脉冲电凝处理前(左)后(右)的水样照片Figure 3 Photos of water sample before (left) and after (right) high-voltage electrocoagulation

表1 用高压脉冲电凝技术处理高浓度含格废水的检测结果Table 1 Test results of high-concentration chromium-containing wastewater treated by high-voltage electrocoagulation

脉冲电凝处理后曝气沉淀水样如图4所示。

图4 脉冲电凝处理后的曝气沉淀水样照片Figure 4 Photo showing the water sample precipitated under aeration after pulsed electrocoagulation

核算成本后，得出新工艺处理成本比原化学加药处理工艺低70%，减少了30%泥量。

高压脉冲电凝技术简便快捷的优势使其越来越多地应用在电镀、化工等行业的废水处理环节当中。用户可以根据自身水质的特点，方便地制定高压脉冲电凝处理的工艺条件。

在回用方面，高压脉冲曝气沉淀后的排出水可直接做冲洗水，或经过预处理(采用抗污染性较好的微滤膜)后再进反渗透膜(采用普通的即可)后出工艺水，回收率可达 65%左右(一级反渗透进水电导率6 000左右)。

2 交变电场技术在电镀中水回用中的应用

高频电子水处理器正是基于交变电场处理技术所开发的产品，它能在水温升高、浓缩倍数高(过饱和)等条件下有效地改变碳酸钙结晶体原有的晶格形式──从坚硬的方解石变为松软的文石，促成碳酸钙结晶析出并随水流出，不结垢于管壁和附着面，从而变相地使水体变为不饱和状态，令已经生成的水垢可部分溶解回水中，实现水垢的去除。此外，其电信号可以抑制绝大多数的矿物质离子垢类。

该设备卡接在管道外壁(如图5所示)，不接触水，不依赖水流，不受管材限制，不改变化学成分，无需停工停产及日常维护，所需电量极少，对其他电子设备也无干扰。此外，它还具有物理絮凝和灭藻杀菌的作用。

在对膜的保护方面，高频电子水处理器可以取代原有的化学加药处理：其物理絮凝能力相当于PAC(聚合氯化铝)的作用，能有效地提高初级过滤装置的能力；其水垢处理能力又涵盖绝大多数离子垢。所以可以将高频电子水处理器安装在微滤膜和反渗透膜前(如图2所示)，取代阻垢剂来保护膜组，延长清洗时间。浙江宁波一家电镀园区采用海卓帕斯水处理器保护中水回用的反渗透膜后，原来3 ～ 4天需要清洗一次，现延长至3周。

图5 高频电子水处理器的安装照片Figure 5 Photos showing the installation of high-frequency electronic water treatment device

3 结语

综合来看，采用非化学的方法可以更便捷和高效地处理电镀以及其他行业废水。

如今是国家的转型期，也是众多企业的转型期。这对于各个企业是一次挑战，也是一次机遇，新兴技术的引进也必定会增加新鲜活力。“水平衡”已不再是昂贵的只能看、不能用的设计。合理地使用各类水处理技术，是企业水系统科学管理的关键所在。

[ 编辑：温靖邦 ]

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Application of high-voltage pulsed electrocoagulation and alternating electric field water treatment techniques in water resource management of electroplating plant

// XU Guo-ren, YAN Zhen*, JIANG Bo-han

The principles of high-voltage pulsed electrocoagulation and alternating electric field water treatment techniques and their application in wastewater treatment and reuse of reclaimed water in electroplating plant were introduced.

pulsed electrocoagulation; alternating electric field; electroplating; wastewater; treatment; reuse