ETIG电絮凝工艺处理冶炼废水中试研究

李光明

（忻州市环境监测站， 山西 忻州 034000）

冶金工业是我国的重点工业产业之一的同时，也是我国的污染排放非常突出的领域。近些年我国发生的几起重金属污染事件，如2006年湖南岳阳砷污染事件、2008年云南阳宗海砷污染事件、2010年福建紫金矿业溃坝事件等均与金属冶炼有关。为此，多年来国内外学者对冶金废水中污染物的去除进行了大量的研究。研究发现，絮凝是水处理中较常见、也是最重要的物化过程之一，对冶金废水中污染物的去除具有重要的作用[1]。同时，由于废水中存在的阴、阳离子使废水一般具有较高的电导性，因此可以采用电化学法处理废水。

1 电絮凝技术原理

1.1 电絮凝原理

电絮凝技术设备结构简单，操作维护方便，可在一台设备中完成电解氧化还原、电解絮凝等过程，易于实现自动化，且不需要投加任何氧化剂或还原剂，产生污染少，加之其工艺运行平稳，水质稳定，因此被称为是一种设备自动化程度高、管理简单、效果较佳、环境友好的水处理技术。

电絮凝技术技术原理是阳极在外加电源的作用下，经一系列的溶蚀、水解、聚合和电解氧化还原过程等，形成多种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，并通过电解絮凝（吸附架桥、压缩双电层、网捕等）、电解气浮等作用，使得废水中的胶态杂质、悬浮颗粒等凝聚沉淀而分离。具体如图1所示[2]。

图1 电絮凝反应原理图

1.2 ETIG电絮凝反应器

20世纪的80年代，电絮凝技术开始在国内试行，但因为有许多的技术瓶颈没法突破，故其处理量都非常小，仅仅停留在每天几吨到十几吨的水平。

据调查和研究显示，现阶段美国环保科技国际集团（ETIG）电絮凝反应器被世界各国广泛应用。其与国内所生产的电絮凝反应器相比，具有如下优点:

1）在设计及使用等方面，解决了国内反应器所存在的电极腐蚀、泄漏、结垢、处理量小、费用高、使用寿命短以及无法消除的电絮凝反应所产生的气体等问题。

2）ETIG的电絮凝反应器设计先进，技术成熟，清洗无需酸洗，消除了操作危险和对环境的再次污染。

3）ETIG电絮凝系统可以最大限度的重复利用已有设备及建筑，且完全实现了工业化。

4）ETIG的电絮凝反应器拥有相应的知识产权，是美国国家环保署唯一认可的同类技术，国际上处于领先。

2 实验材料与方法

2.1 某冶炼厂冶炼废水现状

以某冶炼厂2018年6月的实际排放情况为例，经检测，其废水超标排放，造成了严重的环境污染及重金属资源浪费。具体排放情况如表1所示。

表1 某冶炼厂总排口废水在线监测数据分析结果

2.2 试验仪器与药剂

1）试验主要仪器及设备:pH 计（Model 868，Orion Research.Inc.）；ETIG 9.6 L/min（13.8 m3/d）电絮凝处理设备；250 mL烧杯、玻棒、过滤斗、2 L塑料杯、电导仪、2 m3立方槽、集水箱；原子吸收分光光度计（AA-7000，SHIMADZU）。

2）试验主要药剂:Ca(OH)2溶液、稀 H2SO4、絮凝剂等。

2.3 中试试验方法

本试验采用的ETIG电絮凝法处理冶炼废水工艺的构筑物及设备包括筛网、原水池、电絮凝反应系统、除泡池、絮凝剂投加系统、澄清池、污泥沉淀池、压滤机等。具体工艺流程简单示意图如图2所示。

图2 ETIG电絮凝法工艺流程

图2 中，筛网是污水站第一道预处理设施，用于去除悬浮物等杂物；由于一般生产废水的排放量在一天内变化幅度较大，原水池用于均衡废水的水质和水量；电絮凝反应系统

2.4 重金属的检测方法

本试验中采用火焰原子吸收法检测，并将检测结果进行记录、整理和分析。

3 中试试验结果及分析

3.1 中试试验系统调试阶段

6月2日—6月4为调试阶段，记录的废水处理前、后的 pH 值及 Pb、Zn、Cd、As浓度，其中，所有重金属污染物浓度均按mg/L计，去除率按%计。通过数据可以看到，调试阶段的前两天，只有总镉的处理数据没有达标。分析原因，可能是仪器的一些相关参数还未调整到最佳状态，故6月4日对仪器进行了调整，调整后各项指标均达标。同时，经过这三天的调试可知，处理过程中整流器的电压值最好高于18 V；原水样的电导率最好大于2 000 μs/cm；电流值不能低于75 A。

3.2 连续运行阶段

连续运行阶段是系统正常工作的阶段。6月5日—6月16日为仪器24 h连续运行阶段，同样记录的废水处理前、后的pH值及Pb、Zn、Cd、As浓度。通过数据可以看到，连续运行阶段冶炼废水经过ETIG电絮凝反应系统处理后，各项指标都远低于排放标准，有的甚至达到100%的去除率，处理效果非常好。

3.3 高浓度水样处理阶段

6月17日—6月23日，人为的把水样中镉、砷的含量提高，记录的废水处理前、后的pH值及Pb、Zn、Cd、As浓度。结果发现，处理后的水样总镉、总砷含量达标，且其他指标也都非常理想，说明ETIG电絮凝反应系统对于高镉和高砷水样的处理较为适用。

3.4 参数分析及不同工艺试验结果对比

1）参数分析。通过试验发现，整个处理过程的参数方面，原水样的电导率、pH值、整流器的电压和电流值等会对ETIG电絮凝工艺处理效果产生影响。具体的，高浓度和高电导率的水样pH值调节到8.5～9.0之间较好，而其余的一般水样则将pH值控制在7.5 ～9.0之间即可。电导率太低，电流值减小，会影响处理的效果，而电导率过高，说明水样中金属离子含量很高，也会影响处理效果。

2）ETIG电絮凝工艺处理与化学处理的比较。以6月14日数据为例，比较ETIG电絮凝工艺与化学处理的效果。结果如图3、下页图4、图5所示。

图3 ETIG电絮凝工艺与化学处理前后总镉排放浓度比较

由图3、图4、图5可以看出，化学处理的工艺，处理效果不理想，排放废水中总镉严重超标，同时pH值超标严重，无法达到国家排放标准。而废水经ETIG电絮凝工艺处理后，各污染指标的排放浓度都很低，远远优于国家排放标准。具体的，铅的含量非常低，去除率达99.19%，几乎不能检测出来；锌的浓度低至ICP未检出，可视为排放浓度为0，去除率达99.98%；镉的含量非常低，其平均值仅为0.018 mg/L，去除率达99.17%；砷的含量非常低，其平均值仅为0.011 mg/L，去除率达97.48%。同时，pH值基本上在7～9范围内，其平均值为8.65，是达标的。

图4 ETIG电絮凝工艺与化学处理前后总砷排放浓度比较

图5 ETIG电絮凝工艺与化学处理前后pH值比较

4 结语

综上所述，采用美国环保科技国际集团（ETIG）电絮凝反应器处理冶炼废水后，可以确保废水达标排放，从而大大减少排污费的交纳。而且，各重金属因子浓度极低，远远优于国家排放标准，利于环境保护及冶炼业的可持续发展。同时，还可进行资源化利用，回收大量重金属，创造经济效益。总之，ETIG电絮凝工艺在处理冶炼废水方面，是一种可以达到环境效益和经济效益双赢的水处理技术。