含鉻電鍍廢水處理技術(shù)

含鉻廢水電鍍廢水是對(duì)環(huán)境人體健康危害最為嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一。電鍍含鉻廢水，則包括鍍鉻清洗水、各種鉻鈍化清洗水、塑料電鍍粗化工藝清洗水等國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究人員先后采用化學(xué)沉淀、活性炭吸附、電解、離子交換和膜分離等方法處理電鍍廢水，但這些方法不同程度地存在投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、處理后的廢水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放等問題。本文將微電解，F(xiàn)enton 氧化與生化法相結(jié)合應(yīng)用于含鉻電鍍混合廢水治理，取得較好的處理效果，出水水質(zhì)達(dá)到(GB 21900-2008)電鍍污染物表三標(biāo)準(zhǔn)的要求，且不存在二次污染問題。

1 試驗(yàn)理論基礎(chǔ)

微電解法是將鐵屑-炭粒浸泡在電解質(zhì)溶液中形成無(wú)數(shù)微小的腐蝕原電池，新產(chǎn)生的Fe 表面及反應(yīng)中產(chǎn)生的大量新生態(tài)的Fe2+和[H]具有較強(qiáng)的活性，能改變廢水中許多有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機(jī)物發(fā)生斷鏈、開環(huán)等作用。對(duì)于重金屬離子如Cu2+、Ni2+的廢水，F(xiàn)e 能直接將其置換而沉積在表面，構(gòu)成新的原電池，強(qiáng)化微電解作用。此外Fe2+在[H]的作用下可以將偶氮鍵斷裂，F(xiàn)e2+起到還原劑的作用。最后通過(guò)調(diào)節(jié)pH 將廢水中的金屬離子以氫氧化物的形式沉淀。

微電解反應(yīng)中產(chǎn)生了大量的Fe2+和投加的H2O2 在酸性條件下構(gòu)成Fenton 試劑。在Fe2+的催化作用下，F(xiàn)enton 反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的OH·，來(lái)達(dá)到降低電鍍廢水中難降解有機(jī)物含量，提高生化性的預(yù)處理目的[5-6]。這樣既規(guī)避了單一方法如鐵炭微電解法對(duì)COD 去除率不高，F(xiàn)enton 氧化法藥劑費(fèi)用太高等缺點(diǎn)，而且運(yùn)行簡(jiǎn)便，維護(hù)簡(jiǎn)單，符合高效經(jīng)濟(jì)原則。

2 數(shù)據(jù)分析與討論

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

該廢水來(lái)自于深圳五金塑膠電鍍工廠生產(chǎn)過(guò)程中所排放的廢水，廢水排放量為100 t/d，具有高濃度、高電導(dǎo)率、高酸度的特點(diǎn)。如表1 所示。

2.2 鐵炭微電解預(yù)處理實(shí)驗(yàn)

2.1.1進(jìn)水pH 對(duì)出水中Cr6+質(zhì)量濃度的影響

在廢水中Cr6+質(zhì)量濃度為50 mg/L、廢水停留時(shí)問為30 min的條件下，考察進(jìn)水pH 對(duì)出水中Cr6+質(zhì)量濃度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1，當(dāng)進(jìn)水pH 小于4 時(shí)，出水中Cr6+質(zhì)量濃度保持5 mg/L以下；若進(jìn)水pH 很低，會(huì)增加鐵屑的用量，而且在后續(xù)反應(yīng)中產(chǎn)生較多廢渣，增加廢水處理成本。因此選擇進(jìn)水pH 為3 左右。

2.2.2停留時(shí)間對(duì)重金屬離了質(zhì)量濃度的影響

在進(jìn)水中Cr6+和Cu2+的質(zhì)量濃度分別為50 和35 mg/L、廢水pH 為3 的條件下，考察廢水在鐵炭微電解柱中的停留時(shí)問對(duì)重金屬離了質(zhì)量濃度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2：廢水在鐵炭微電解系統(tǒng)中的停留時(shí)間過(guò)短，不能很好地發(fā)揮微電解反應(yīng)的作用；而停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，雖然氧化還原、絮凝吸附等進(jìn)行得較完全，但廢水pH 升高，使濾料表面鈍化得較快，同時(shí)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致出水中鐵含量增加，影響出水色度；當(dāng)廢水停留時(shí)問約為30 min 時(shí)，出水中Cr6+和Cu2+的質(zhì)量濃度均較低，再繼續(xù)延長(zhǎng)停留時(shí)問，金屬離子質(zhì)量濃度降低不明顯。因此，選擇廢水在鐵炭微電解柱中的停留時(shí)間為30 min。

試驗(yàn)用鐵屑的堆積密度在2.75~2.89 g/cm3 之間，活性炭的堆積密度為0.45 g/cm3。不同鐵炭體積比對(duì)COD 去除率的影響見圖3，隨著鐵炭比的增加，COD 去除率是先增加后減小，當(dāng)鐵炭比在1 附近時(shí)，COD 去除率達(dá)到最大。當(dāng)鐵炭比過(guò)大時(shí)，原電池?cái)?shù)量不夠，鐵屑與氫離子直接反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和Fe2+，產(chǎn)生的新生態(tài)[H]較少，導(dǎo)致去除率下降；當(dāng)炭量過(guò)大時(shí)，鐵屑與活性炭的接觸面積減少，發(fā)生原電池反應(yīng)的數(shù)目也相應(yīng)減少，電極反應(yīng)速率下降，從而導(dǎo)致去除率也下降。最后確定最佳的鐵炭體積比為1∶1。

2.2.3 H2O2 投加量的確定

根據(jù)微電解的試驗(yàn)結(jié)果，各取鐵炭出水100 mL，投加不同量的30 % H2O2(0.6 mL，0.8 mL，1 mL，1.2 mL，1.4 mL)。微電解反應(yīng)結(jié)束后，廢水中含有的Fe2+，與投加的H2O2 反應(yīng)形成Fenton試劑，產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的OH·，OH·能氧化分解難降解的有機(jī)污染物，將大分子有機(jī)物斷鏈為小分子或氧化分解為CO2 和H2O，降低有機(jī)污染物的濃度。如果H2O2 投加過(guò)量，H2O2 直接將Fe2+氧化成Fe3+，發(fā)生的并不是Fenton 反應(yīng)，如果H2O2 投加過(guò)小，形成的Fenton 反應(yīng)數(shù)目較少，反應(yīng)不徹底，從圖4 可以看出，投加H2O2 為10 mL/L 時(shí)，COD 的去除率達(dá)到50 %以上，隨著H2O2的增加COD 的去除率上升不大，因此H2O2 的最佳量為10 mL /L。

2.2.4反應(yīng)時(shí)間的確定

Fenton 試劑反應(yīng)時(shí)，不僅與H2O2/Fe2+有關(guān)，還與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，足夠的反應(yīng)時(shí)間能保證對(duì)有機(jī)物氧化分解更徹底，從圖5 可看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，COD 去除率緩慢的波動(dòng)，變化幅度在±1%之間，考慮到反應(yīng)時(shí)間的一再延長(zhǎng)并不能引起COD 去除率的持續(xù)增加，最佳反應(yīng)時(shí)間按90 min 計(jì)，COD 的去除率達(dá)到51 %以上。

2.2.5處理前后可生化性比較

選擇前面所確定最優(yōu)參數(shù)做試驗(yàn)，比較處理前后廢水可生化性大小，結(jié)果如圖6。從圖中可以看出廢水的可生化性由原水0.08提高到處理后的0.38，與鐵炭微電解法相比，提高了0.12，由此說(shuō)明鐵炭微電解-Fenton 氧化法聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，電鍍廢水的可生化性得到了顯著的提高，為生化處理提供了適宜的基質(zhì)和環(huán)境條件。

2.3 生化反應(yīng)

2.3.1菌種馴化與培養(yǎng)

本項(xiàng)目取某市政污水處理廠濃縮池污泥裝入生物接觸氧化池，在悶曝過(guò)程中，每隔12h 更換上清液一次，繼續(xù)曝氣。從第5 天開始間歇進(jìn)水，并逐步提高進(jìn)水量。8 d 后在軟性填料上開始掛有微生物菌膠團(tuán)和大量游離細(xì)菌，繼而改間歇進(jìn)水為連續(xù)進(jìn)水，15 d 后出水清澈，生物膜變厚，說(shuō)明馴化完成，掛膜成功。運(yùn)行結(jié)果如圖7 所示，COD 去除率己穩(wěn)定在70 %以上。

2.3.2停留時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響

廢水在生物反應(yīng)池中的停留時(shí)問對(duì)Cr6+，Cu2+，COD 去除率的影響見圖8。在停留時(shí)間為2~8 h 時(shí)，隨著停留時(shí)問的延長(zhǎng)，生物反應(yīng)器內(nèi)Cr6+，Cu2+，COD 的去除率不斷增加；當(dāng)廢水在生物反應(yīng)器中的停留時(shí)問超過(guò)4 后，3 種污染物的去除率逐漸趨于平緩，再延長(zhǎng)停留時(shí)問，對(duì)提高Cr6+，Cu2+，COD 去除率的作用較小。因此，廢水在生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間為4 h。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.4 整體處理效果

該聯(lián)合工藝自投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果較好，各工藝單元處理后的指標(biāo)及總出水各項(xiàng)指標(biāo)見表2。經(jīng)該聯(lián)合工藝處理后的廢水出水各項(xiàng)指標(biāo)均符合《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)表三標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

(1)鐵炭微電解與Fenton 試劑法有效結(jié)合預(yù)處理含鉻電鍍廢水，可以利用微電解產(chǎn)生的Fe2+與投加的H2O2 形成Fenton 試劑，產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的輕基自由基，不僅能有效地預(yù)處理染料工業(yè)廢水，而且節(jié)省了藥劑，降低了運(yùn)行成本。

(2)鐵炭微電解-Fenton 試劑聯(lián)合工藝對(duì)含鉻電鍍廢水進(jìn)行預(yù)處理后，降低廢水的有機(jī)物含量，可生化性(BOD/COD)顯著提高，為生物處理工藝提供適宜的運(yùn)行環(huán)境，為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和分析根據(jù)。

(3)實(shí)驗(yàn)得出的鐵炭微電解-Fenton 氧化-生化法廢水處理最佳工藝條件：進(jìn)水pH 約為3、鐵炭微電解Fe/C 體積比1∶1，停留時(shí)間30 min；Fenton 氧化反應(yīng)時(shí)間90 min，生化停留時(shí)問為4 h。

(4)在最佳工藝條件下，廢水經(jīng)鐵炭微電解-Fenton-生化法連續(xù)處理后，出水中Cr6+，Cu2+和COD 的質(zhì)量濃度達(dá)到了《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900-2008)表三標(biāo)準(zhǔn)的要求。