沉淀/吸附法在電鍍廢水重金屬處理中的應(yīng)用

郭小義

（中航光電科技股份有限公司，河南洛陽(yáng) 471003）

電鍍被廣泛用于工業(yè)制造領(lǐng)域中，其應(yīng)用電化學(xué)法來(lái)處理改性金屬材料的表面，進(jìn)而改變其化學(xué)性能、物理性能和外觀等，最終獲得理想材料。然而，電鍍廢水存在分布廣、總量大和污染面寬等特點(diǎn)，且含有較多重金屬，一旦未按要求嚴(yán)格處理，其中所含重金屬則會(huì)在排入池塘、河道的過(guò)程中，造成用水污染現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生極大危害。因此，將沉淀/吸附法應(yīng)用到電鍍廢水重金屬處理中，能有效吸附、去除其中的重金屬，從而達(dá)到有效去除的效果。

1 沉淀/吸附法概述

目前，電鍍廢水處理的工藝有很多，常見(jiàn)的包括吸附法、膜分離法和沉淀法等。其中，沉淀法能實(shí)現(xiàn)電鍍廢水重金屬離子有效去除的目標(biāo)，吸附法能實(shí)現(xiàn)電鍍廢水重金屬或重金屬絡(luò)合物有效去除的目標(biāo)。由于電鍍廢水的成分極為復(fù)雜，若單一選擇某一處理方法，則無(wú)法達(dá)到顯著成效。而沉淀/吸附法則能綜合沉淀法、吸附法優(yōu)勢(shì)，從而有效提高電鍍廢水重金屬處理的效果。沉淀/吸附法可達(dá)到顯酸性物質(zhì)、顯堿性物質(zhì)中和反應(yīng)的目的，生成新物質(zhì)；可在電鍍廢水通過(guò)沉淀法去除大部分重金屬的基礎(chǔ)上，放入特殊化學(xué)物質(zhì)，讓其中殘留重金屬或重金屬絡(luò)合物以新物質(zhì)的形態(tài)析出。

2 電鍍廢水重金屬處理現(xiàn)狀分析

電鍍是融合制造業(yè)中基礎(chǔ)工藝和表面化學(xué)處理技術(shù)的一種新型技術(shù)，在現(xiàn)代化的工業(yè)體系及高端技術(shù)中起著重要的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，包括五金工具、機(jī)械制造、造船、通信、航天航空和石油化工等。在各行業(yè)持續(xù)發(fā)展的形勢(shì)下，環(huán)境污染程度呈現(xiàn)出了持續(xù)加深的趨勢(shì)。因此，為了規(guī)范我國(guó)電鍍行業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)健康、持續(xù)升級(jí)的目標(biāo)，相關(guān)部門制定并出臺(tái)了電鍍廢水重金屬處理的相關(guān)規(guī)定，且很多企業(yè)在處理電鍍廢水重金屬的過(guò)程中也遵循了相關(guān)條例。如在建設(shè)電鍍項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)選擇與國(guó)家、地方的功能主體規(guī)劃區(qū)、土地規(guī)劃利用、城市規(guī)劃、環(huán)境規(guī)劃相符的區(qū)域開(kāi)展建設(shè)工作，為提高電鍍廢水重金屬處理的效果奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，在防治電鍍廢水重金屬處理中水污染等相關(guān)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)盡量回用鎘、鎳、銅、鉻等清洗廢水和工段廢水中產(chǎn)生的重金屬，進(jìn)而切實(shí)降低重金屬對(duì)環(huán)境的污染程度。就現(xiàn)階段而言，電鍍行業(yè)在處理電鍍廢水中鎘、鎳、銅、鉻等重金屬時(shí)，普遍通過(guò)化工工藝創(chuàng)新的方法來(lái)滿足排放的標(biāo)準(zhǔn)，從而改善傳統(tǒng)沉淀法中成本高和污泥量大等問(wèn)題，降低危廢污泥的處置成本和藥劑消耗，進(jìn)而高效利用資源。

3 沉淀/吸附法在電鍍廢水重金屬處理中的應(yīng)用

3.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

（1）儀器和試劑。儀器：燒杯、攪拌子、玻璃棒、離心管、pH計(jì)、離心機(jī)、攪拌器和原子吸收分光光度計(jì)。試劑：NiSO4、CuSO4、NaCl、鹽酸、NaOH、EDTA、去離子水和吸附劑。

（2）方法。配制CuSO4、NiSO4濃度50mg/L的溶液，EDTA-Ni、EDTA-Cu混合的溶液10mg/L，以此作為模擬的電鍍廢水。在轉(zhuǎn)速、室溫為300r/min條件下，對(duì)pH進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)攪拌、靜置和離心之后，取出上清液，選擇原子吸收分光光度計(jì)來(lái)測(cè)定其中重金屬濃度，計(jì)算去除率。考慮到沉淀法在去除重金屬的絡(luò)合物方面存在一定局限，則可借助吸附法，在改變溫度（圖1 溫度對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響）、吸附劑增加量（圖2 吸附劑質(zhì)量對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響）和吸附時(shí)間（圖3 吸附時(shí)間對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響）基礎(chǔ)之上，獲取較為良好的條件進(jìn)行吸附。

圖1 溫度對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響

圖2 吸附劑質(zhì)量對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響

圖3 吸附時(shí)間對(duì)重金屬絡(luò)合物去除影響

3.2 應(yīng)用原理

電鍍廢水pH在3-12，均可應(yīng)用沉淀/吸附法處理廢水重金屬，并取得良好處理效果。可在預(yù)處理時(shí)調(diào)節(jié)pH至最佳沉淀范圍，使氫氧根迅速與電鍍廢水 中 的 Cr3+、Hg2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Pb2+等重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成不溶水的金屬沉淀，再加入少量無(wú)機(jī)或有機(jī)絮凝劑，形成絮狀的沉淀，進(jìn)而達(dá)到重金屬去除目標(biāo)。之后加入適量吸附劑，讓重金屬沉淀物完全沉淀，并降低出水SS，從而確保出水透明、清澈。

3.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在電鍍廢水重金屬處理中應(yīng)用沉淀/吸附法，具備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資小、管理便捷、出水水質(zhì)優(yōu)、自動(dòng)程度高等優(yōu)勢(shì)，且能切實(shí)滿足排放的標(biāo)準(zhǔn)，積極響應(yīng)減排的政策。同時(shí)，沉淀/吸附法選擇制革污泥為吸附劑，可在達(dá)到90%以上重金屬去除目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)。另外，沉淀/吸附法所應(yīng)用的設(shè)備為上下重疊的模式，可有效降低廢水處理所需面積，并保持穩(wěn)定pH，在進(jìn)行無(wú)害化、安全化處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)迅速沉降目標(biāo)。

3.4 應(yīng)用數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，目前，電鍍廢水每年的排放量可達(dá)4億t，主要集中于廣東、江浙等區(qū)域。電鍍廢水除含有酸堿廢水、氰廢水之外，還含有很多重金屬，如Zn、Cd、Au、Ag、Ni、Cr等，對(duì)環(huán)境影響極為惡劣。就電鍍廢水常規(guī)處理而言，包括電解法、反滲法、絮凝法、沉淀法和離子交換法等，但均存在一定不足和局限，從而加大了電鍍廢水處理的難度。如某一制革企業(yè)，每次加工生皮1t就會(huì)產(chǎn)生約150kg的污泥，每年的污泥量約在0.42萬(wàn)t，常見(jiàn)的堆放、焚燒、填埋等方式，不僅會(huì)占用寶貴資源，而且會(huì)造成環(huán)境的二次污染現(xiàn)象。如果利用制革污泥作為電鍍廢水重金屬處理的吸附劑，不但可以變廢為寶，還可以提高電鍍廢水處理的效果。

3.5 實(shí)施方式

①在100t經(jīng)采用沉淀法處理后的電鍍廢水中（0.68mg/L的 Cu、3.04mg/L的 Zn、2.07mg/L的Ni、7.38mg/L的Cr）加入20kg含水率50%濕制的皮革污泥。②保持50r/min速度進(jìn)行攪拌，持續(xù)1h，靜置。③沉淀之后，在污水網(wǎng)管中排入上清液，對(duì)污泥進(jìn)行脫水、壓縮。④處理后上清液中的重金屬均有明顯下降，Cu為0.01mg/L、Zn為1.97mg/L、Ni為0.05mg/L、Cr為0.04mg/L，以符合電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)（去除步驟如圖4所示）。皮革污泥因有機(jī)物較為豐富，纖維素的含量在27%～44%，粗蛋白的含量在30%～50%，且蛋白質(zhì)、硫蛋白等天然的膠體顆粒有機(jī)物極高，是廢水重金屬優(yōu)良的螯合劑或絡(luò)合劑，其吸附容量較商業(yè)型吸附劑高。電鍍廢水重金屬去除步驟見(jiàn)圖4。

圖4 電鍍廢水重金屬去除步驟

3.6 研究綜述

①應(yīng)用NaOH將pH調(diào)至12時(shí)，室溫下進(jìn)行8min攪拌后靜置約40min，可實(shí)現(xiàn)Ni2+、Cu2+去除率為95%的目標(biāo)。分析熱失重結(jié)果可知，吸附劑可有效吸附電鍍廢水中的重金屬絡(luò)合物，增加吸附的時(shí)間，提高吸附劑的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)EDTA-Ni、EDTA-Cu去除率為99.5%的目標(biāo)。②皮革污泥內(nèi)腐植酸成分吸附電鍍廢水重金屬形式為螯合吸附、離子交換型吸附，其對(duì)Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+四種離子吸附能力較好，吸附的飽和量分別為45.54、23.58、43.55、262.5mg/g。

3.7 應(yīng)用可行性

在電鍍廢水重金屬處理中，沉淀/吸附法的應(yīng)用過(guò)程有預(yù)處理、檢測(cè)、過(guò)濾過(guò)程、吸附過(guò)程、離子交換、濾料再生等。其中，過(guò)濾過(guò)程、吸附過(guò)程和離子交換的過(guò)程為一體，主要選擇一體型吸附劑為濾料，通過(guò)吸附劑和電鍍廢水充分接觸的方式，達(dá)到充分接觸、交換完全的目標(biāo)，且可根據(jù)電鍍廢水重金屬的含量回用、再生吸附劑，不僅便于管理，而且應(yīng)用周期長(zhǎng)。在應(yīng)用沉淀/吸附法之后，無(wú)需對(duì)原有的處理工藝進(jìn)行改變，可在便捷操作的同時(shí)，完全去除廢水中重金屬和懸浮物，降低COD含量，進(jìn)而切實(shí)解決電鍍廢水重金屬的污染問(wèn)題，在有效控制處理各項(xiàng)成本的同時(shí)，降低廢水重金屬處理的成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

電鍍廢水重金屬處理是提高電鍍等相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)安全性能、促進(jìn)自身健康發(fā)展的有效途徑。沉淀/吸附法在醫(yī)藥工業(yè)、養(yǎng)殖場(chǎng)等高濃度廢水重金屬處理中起著重要作用，是提高重金屬處理效果的重要方式。因此，在綠色化學(xué)等相關(guān)理念不斷深入的背景下，相關(guān)企業(yè)應(yīng)加大對(duì)電鍍廢水重金屬處理的重視程度，將沉淀/吸附法充分應(yīng)用到電鍍廢水重金屬處理中，有效提高重金屬去除率，為自身持續(xù)發(fā)展提供有力保障。