采用氧化還原沉淀+微電解法處理鋁材三酸拋光廢氣噴淋液

許玉恒

摘 要：研究了一種采用氧化還原+鐵碳微電解法+折點加氯法處理三酸拋光廢氣噴淋液中的方法。結果表明，在進水流量為3 m3/h，COD約為30 000 mg/L，總氮約為6 920 mg/L時進行連續試驗，反應8 h后，出水COD去除率達到96%以上，總氮去除率達99%以上。

關鍵詞：廢水處理；氧化還原；鐵碳微電解法；折點加氯法

中圖分類號：O69 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.121

隨著我國經濟的高速發展，人們的需求越來越多樣化。以前普通的鋁型材表面處理方式已經滿足不了人們對鋁型材的高要求了。鋁型材三酸拋光表面處理工藝是一種比較高端的表面處理工藝。三酸拋光表面處理工藝中是采用不同比例和濃度的磷酸+硫酸+硝酸混合液為拋光液，槽液溫度在120 ℃左右。這個工藝參數下，鋁材拋光過程中會產生一定量的酸性硫氧化物和氮氧物化酸霧。為了保持良好的工作環境和防止空氣污染，該生產工序一般采用噴淋處理上述酸霧，噴淋液是硫化鈉+燒堿的混合液體。當運行一段時間后，噴淋液失效，需更換新的噴淋液。廢棄噴淋液色度高、COD高、硝酸鹽氮濃度高。其中，硫離子及亞硝酸鹽是影響廢液COD的主要因素。如果這些廢液不經有效處理而直接排放，會對環境造成一定的影響，必須進行相關處理達到標準才能排放。當前，這類特殊的廢液往往被忽略，沒有針對性的處理方式。在環保要求越來越高的今天，急需解決該問題。筆者以實際工程為案例，介紹一種具體處理方法，期望得到同行的指正。

1 原理介紹

該處理方法主要使用氧化還原法和微電解法，下面分別介紹兩種方法的原理

1.1 氧化還原

由于廢液中含有大量的硫離子，硫離子具有強還原性，采用具有強氧化性的H2O2作為氧化劑氧化硫離子，使其成為硫單質經沉淀去除。

1.2 鐵碳微電解法

將鐵碳填料浸入廢水中時，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會形成無數個微原電池。其中，電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在充氧條件下發生電化學反應，其反應過程如下：

反應中生成的OH-是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe（OH）3，膠體絮凝劑可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，從而增強對廢水的凈化效果。

當前比較成熟的反應裝置有兩種，一種是反應器，如圖1所示，一種是反應池。反應器安裝便捷，成本較低，適合污水量不大的工程使用；反應池成本較高，但是處理量大，適合大型工程使用。

2 具體工藝簡述

一種以雙氧水為氧化劑氧化廢液中的硫離子，使其變成硫單質沉淀去除，然后以鐵碳填料為反應介質，使廢液中的硝酸鹽氮轉化成氨氮，再以折點加氯法去除氨氮。

主要工藝流程圖如圖2所示。

原理和方法為在pH=6的中性介質下，硫化鈉會與雙氧水發生如下反應：

由于噴淋液中同時存在硫離子、硝酸根離子和亞硝酸根離子，當反應pH<3時，會有硫化氫和二氧化氮釋出，造成二次污染。而鐵碳微電解池在pH=5時填料損耗處于最低值，降低了運行成本。

經微電解池處理后，廢液進入調整池，在調整池中，加入燒堿調節廢水pH值至7，使廢水中的2價鐵離子與燒堿反應生成氫氧化物沉淀后在豎流式沉淀池中去除。沉淀池上清液進入除氨氮池，在除氨氮池中加入燒堿調節廢水pH值至10，同時加入次氯酸鈉，使廢水中的銨根離子轉變成N2.

3 處理方法的討論和驗證

3.1 處理方法的討論

3.1.1 工程方案的討論

3.1.1.1 酸化法

在廢水中加入硫酸，使廢水的pH值保持在3左右，廢水中的硫離子與氫根離子反應，生成硫化氫氣體。化學反應式為：

S2-+2H+=H2S↑.

由于硫化氫具有惡臭氣味，需要配套硫化氫吸收塔對其進行處理，所以增加了投資費用。

3.1.1.2 鐵鹽沉淀法

在廢水中添加過量硫酸亞鐵，使廢水中的硫離子與亞鐵離子發生反應，生成硫化亞鐵黑色沉淀。化學反應式如下：

S2-+Fe2+=FeS↓.

使用硫酸亞鐵處理硫離子運行費用低，但會產生大量的污泥，增加廢水處理工人的勞動強度。

綜上所述，采用雙氧水氧化硫離子具有操作簡單、產泥量少、運行費用低的特點。

經雙氧水氧化釋出硫單質沉淀后，廢液中的還原性物質被大部分去除，COD降至15 000～12 000 mg/L左右。經絮凝沉淀后上清液進入鐵碳微電解系統。

3.1.1.3 硝酸鹽氮去除方法對比與篩選

生化法去除硝酸鹽：生物脫氮又稱生物反硝化，是指在缺氧條件下，微生物利用NO3-作為電子受體進行無氧呼吸。在缺氧條件下，由兼性脫氮菌（反硝化菌）作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程。由于廢水可生化性差，采用生化法去除硝酸鹽不適合于本廢水。

3.1.2 工藝參數的討論

在廢水中添加雙氧水，由于雙氧水具有強氧化性，而硫離子具有強還原性，當加入雙氧水時，廢水中的硫離子與雙氧水發生以下反應：

Na2S+H2O2=2NaOH+S↓.

反應過程中廢水中會釋出白色沉淀物，該沉淀物即為硫單質。由于反應過程中有NaOH產生，溶液內pH會升高，在堿性狀態下，硫離子與燒堿發生以下副反應：

6NaOH+3S=2Na2S+Na2SO3+3H2O.

為了避免副反應的發生，反應過程中溶液內部需保持pH=6.

該方法的重點在于pH值的調整，在pH過高的時候，該副反應就會明顯加劇，而在鐵碳微電解中，低pH能提高氧的電極電位，進而加大微電解的電位差，促進電極反應，所以pH值應該越低越好，可是較低pH值會導致鐵的消耗量過大，最終增加成本增加，權衡利弊后，最終選擇pH值5為生產參數。

對于其他工藝條件，氧化還原反應速度較快，對于時間和溫度的要求不嚴格，主要討論鐵碳微電解工藝的條件。

反應時間：隨著時間的增加，CODCr去除率逐步升高，只是達到一定時間界限后，去除效果明顯降低，本次鐵碳池體積為50 m3，進水流量目前為3 t/h，停留時間為8 h，為最佳效果。

鐵比：碳按1∶1的體積比或者質量比為2∶1裝入反應器。微電解對于溫度因素要求不高，只要別出現10 ℃以下的溫度，一般不用額外加熱，保持自然溫度即可。溫度提高，電解速度加快，但只要達到常溫就可以到達預期的處理效果。

曝氣時間：曝氣量的增加會提高CODCr的去除率，增加水中的溶解O2. 當曝氣量達到3 L/ min 后，CODCr去除率提高的速度就緩慢多了。

3.2 處理方法的驗證

廣州某廠設計建造的處理鋁材三酸拋光廢氣噴淋液就采用的是氧化還原沉淀+微電解法。檢測處理廢水的情況為：進水流量為3 m3/h，COD約為30 000 mg/L，總氮約為6 920 mg/L。設備正常運行時，處理出水COD去除率達到96%以上，總氮去除率達99%以上，證明采用該組合方法的工程能夠達到設計目標。

參考文獻

[1]喬瑞平，孫承林，于永輝，等.鐵炭微電解法深度處理制漿造紙廢水的研究[J].安全與環境學報，2007（3）：57-58.

[2]胡玉潔，華兆哲，王璋，等.黃姜廢水的鐵炭微電解混凝預處理研究[J].環境污染治理技術與設備，2006，5（9）：44-48，81-83.

〔編輯：王霞〕