混凝 微濾法處理含銅 鎳電鍍廢水試驗(yàn)研究
［摘要］針對(duì)目前太湖地區(qū)日益提高的電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，提出采用混凝-微濾膜過濾組合工藝來去除電鍍廢水中的銅和鎳。從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，研究并探討FeSO4混凝-微濾膜法去除電鍍廢水中銅、鎳時(shí)的影響因素，并確定其最佳運(yùn)行參數(shù)，考察該組合工藝的實(shí)用 性。所取電鍍廢水中Cu2+質(zhì)量濃度為57.6mg/L，Ni2+質(zhì)量濃度為42.0mg/L，采用FeSO4混凝劑及PVDF微濾膜處理后，出水中 Cu2+和Ni2+質(zhì)量濃度為0.15、0.87mg/L，低于國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。
［關(guān)鍵詞］混凝；微濾；電鍍廢水
［中圖分類號(hào)］X703.1［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1005-829X（2010）05-0064-03
電鍍廢水中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多種金屬的離子，對(duì)環(huán)境有較大的毒害作用〔1〕。各電鍍廠通常是采用化學(xué)沉淀的方法，即通過加NaOH調(diào)pH，形成氫氧化物沉淀，藉此達(dá)到去除大多數(shù)重金屬離子的目的。然而在長(zhǎng)三角的環(huán)太湖地區(qū)（無錫、常州等 地），在太湖藍(lán)藻事件后，要求的電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)已于2008年底由國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)提高到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單的化學(xué)沉淀很難達(dá)到要求。鍍銅和鍍鎳是較流行的電鍍工藝，筆者選擇電鍍廢水中銅和鎳作為研究對(duì)象，采用混凝-膜過濾工藝處理電鍍廢水，并考察了其處理效果。在該工藝中，先對(duì)廢水進(jìn)行混凝預(yù)處理，所用混凝劑為 FeSO·47H2O；而后采用0.1μm的中空纖維微濾膜對(duì)廢水進(jìn)行過濾，該膜為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可截留直徑為0.03~10μm的懸浮物、顆粒雜質(zhì)、大分 子物質(zhì)、膠體等，當(dāng)這些物質(zhì)經(jīng)過膜孔時(shí)，微濾膜可通過機(jī)械截留、吸附截留、架橋和膜內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)截留等作用方式將其去除〔2〕。
1·實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)儀器與藥品
儀器：浸沒式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維微濾膜組件，天津膜天膜公司制造，尺寸300mm×250mm×450mm，膜孔徑0.1μm，膜面積1m2；MY3000-6智能型混凝實(shí)驗(yàn)六聯(lián)磁力攪拌儀；721分光光度計(jì)；PXS-270雷磁離子計(jì)。
試劑：CuSO4·5H2O、NiSO4、FeSO·47H2O等，均為分析純?cè)噭毁|(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的FeSO4溶液；質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的NaOH溶液。
1.2廢水來源及水質(zhì)
實(shí)驗(yàn)用含銅電鍍廢水為常州市金業(yè)電鍍廠酸洗后鍍銅鍍鎳的混合清洗廢水，含有Cu、Ni、Zn、Fe、Ca等多種重金屬的離子，其中主要重金屬離子指標(biāo)為：Cu2+57.6mg/L，Ni2+42.0mg/L。
1.3混凝條件實(shí)驗(yàn)
影響混凝效果的主要因素有：混凝劑投加量、溶液pH、廢水濃度及攪拌速度和時(shí)間等，下面將就這些因素對(duì)FeSO4·7H2O混凝劑混凝效果的影響進(jìn)行考察。
1.4微濾膜曝氣流量實(shí)驗(yàn)
混凝后，用0.1μm微濾膜進(jìn)行膜過濾實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)曝氣量為0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6m3/h，考察曝氣量對(duì)膜過濾去除銅、鎳效果的影響。
2·結(jié)果與討論
2.1混凝劑投加量對(duì)混凝效果的影響混凝劑的投加量對(duì)其混凝效果有著重要的影響，如圖1所示。
由圖1可以看出：FeSO4對(duì)廢水中的Cu2+、Ni2+有明顯的混凝作用，在0~62.50mg/L投加質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，Cu2+和 Ni2+去除率的曲線變化規(guī)律基本一致，均隨著投加量的增加呈先上升后下降的規(guī)律。在7.5~18.75mg/L范圍內(nèi)，Cu2+去除率均在99%以 上，Ni2+去除率在90%以上；當(dāng)投加質(zhì)量濃度分別為15mg/L和12.5mg/L時(shí)，Cu2+、Ni2+去除率達(dá)到各自最大值99.60%、 93.13%。綜合考慮最佳投加質(zhì)量濃度選擇14mg/L。
另外，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)混凝劑投加量過大會(huì)導(dǎo)致溶液pH下降，一定程度上破壞了Fe（OH）2和Fe（OH）3的共存平衡，導(dǎo)致混凝、吸附、架橋作用下降〔3〕，這是亞鐵隨投加量增加而混凝能力有所下降的主要原因。
2.2溶液pH對(duì)混凝效果的影響
每種混凝劑都有不同的pH適宜范圍〔4〕。對(duì)于FeSO4，只有在合適的pH條件下，混凝劑中大量的Fe2+、Fe3+才能最大程 度上水解，聚合成多核羥基絡(luò)合離子，更好地發(fā)揮其混凝作用，使微粒脫穩(wěn)而被混凝去除。在不同的pH條件下進(jìn)行了FeSO4混凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖2。
由圖2可以看出，pH在6.0~9.5之間，Ni2+去除率從16.74%增大到94.59%，當(dāng)pH為7.0時(shí)，Cu2+去除率就可達(dá)到 96%以上，pH在7.0~8.5之間，Cu2+去除率隨著pH的升高緩慢增加，在pH為8.5時(shí)，Cu2+去除率達(dá)到最大值99.47%。
總體而言，pH在8.5~9.5之間FeSO4對(duì)Cu2+和Ni2+都有良好的混凝效果。
2.3廢水初始濃度對(duì)去除率的影響
廢水的初始濃度也是混凝實(shí)驗(yàn)需要考察的一個(gè)必不可少的因素，分別配制不同濃度的混合銅鎳廢水，考察Cu2+、Ni2+初始濃度對(duì)去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。
由圖3可看出：FeSO4對(duì)Cu2+、Ni2+的混凝效果均隨著Cu2+、Ni2+初始濃度的增加而增加，而且FeSO4對(duì)Cu2+的去除 效果要優(yōu)于Ni2+。另外Ni2+的剩余濃度服從較好的線性關(guān)系，而這種線性關(guān)系也決定了亞鐵混凝法不適宜于處理高濃度的含Cu2+、Ni2+廢水，否則 還要做后續(xù)處理。
2.4曝氣流量對(duì)膜截留效率的影響
曝氣造成的向上流動(dòng)的氣-液混合物產(chǎn)生的膜面剪切力及膜面振動(dòng)可有效阻止截留組分沉積在膜面上，以控制膜污染，因此適當(dāng)增加曝氣量 是有益的〔6〕。但是曝氣量過大時(shí)，膜面流速增大，同時(shí)膜面沉積物受到的剪切力也增大，隨著反應(yīng)器內(nèi)剪切力增大，會(huì)導(dǎo)致膜表面沉積顆粒粒徑減小，從而使濾 餅結(jié)構(gòu)更加致密，阻力增大，能耗增加。
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝后廢水中銅鎳去除率隨著曝氣量的增加逐漸增加，且均在0.4m3/h以后增加趨于平緩，在0.5m3/h處達(dá)到最大值。所以膜過濾的曝氣量選擇0.5m3/h。
2.5真實(shí)電鍍廢水處理
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了混凝沉淀-膜過濾組合工藝處理真實(shí)電鍍廢水，工藝流程見圖4。
圖4中自行設(shè)計(jì)的膜過濾裝置尺寸為0.5m×0.5m×0.7m，底部裝有排泥閥和曝氣裝置，右側(cè)帶有LZB玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)以控制曝氣強(qiáng)度，具備自動(dòng)反沖洗功能，通過開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)過濾 和反沖洗過程的交替轉(zhuǎn)換�？諝獗糜赏庀騼�(nèi)壓縮空氣，采用連續(xù)曝氣和間歇式出水的方式運(yùn)行，曝氣量0.5m3/h，廢水初始流量為12L/h左右，運(yùn)行穩(wěn)定 后流量保持在11L/h；調(diào)節(jié)電鍍廢水樣pH為9左右，加入FeSO4混凝劑14mg/L，100r/min攪拌10min，靜置10min，上清液抽入 微濾膜過濾裝置，經(jīng)膜處理后取濾出液測(cè)定其中銅、鎳含量。出水中Cu2+和Ni2+質(zhì)量濃度為0.15、0.87mg/L，達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求的 0.5、1.0mg/L。
3·結(jié)論
對(duì)于含銅、鎳電鍍廢水，目前有不少電鍍廠采用PAC作混凝劑。采用上述實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)PAC的混凝效果也進(jìn)行了考察，僅就電鍍廢水中的銅、鎳等重金屬而言，FeSO·47H2O的混凝效果和PAC相當(dāng)，但價(jià)格卻低得多，因此更為經(jīng)濟(jì)適用。
單一的混凝法難以達(dá)到很高的去除效果，但經(jīng)混凝處理后進(jìn)一步采用膜過濾進(jìn)行處理，可達(dá)到很高的去除率。因此采用混凝-微濾法處理電鍍廢水，以提高排放電鍍廢水的水質(zhì)是可行的。
亞鐵混凝-微濾膜法處理電鍍廢水和化學(xué)沉淀法比較，前者一次性投資較大，但實(shí)際處理過程中后者藥劑投加量比混凝-微濾法大得多，成本明顯高于前者。
另外通過實(shí)驗(yàn)，獲得了混凝-微濾膜法處理電鍍廢水流程的優(yōu)化參數(shù)，FeSO4最佳投加質(zhì)量濃度為14mg/L，pH為9.0左右，微濾膜曝氣流量為0.5m3/h。
在上述優(yōu)化參數(shù)條件下，經(jīng)混凝-微濾膜法處理后，最終出水中Cu2+、Ni2+濃度均低于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
［參考文獻(xiàn)］
［1］安成強(qiáng)，崔作興.電鍍?nèi)龔U治理技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002：13－19.
［2］李琳.膜技術(shù)基本原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999：77－78.
［3］Shen Hanming，Zhang Qifeng.Risk assessment of nickel carcino-genicity
and occupational lung cancer［J］.Environmental Health Perspective，
1994，102（suppl1）：275－282.
［4］湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的混凝形態(tài)學(xué)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18（1）：1－10.
［5］張學(xué)洪.含氰含鉻電鍍廢水處理技術(shù)研究［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32（6）：27－30.［作者簡(jiǎn)介］張志軍（1973—），2004年畢業(yè)于成都理工大學(xué)，工學(xué)博士，副教授。
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