周杰，陳禾逸，魏俊, *，劉祥虎

（1.浙江海拓環(huán)境技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052；2.溫州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 溫州 325330）

目前，國(guó)內(nèi)處理含Cr(VI)等重金屬電鍍廢水的方法主要有化學(xué)法、離子交換法、電解法、吸附法、膜分離法和生物法[1]。這些方法各有利弊，適用條件也不盡相同。鐵碳微電解法是一種經(jīng)典的廢水處理方法，對(duì)廢水水質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間短，去除Cr(VI)和重金屬配位離子的效果好。鐵碳微電解一般采用鑄鐵屑和活性炭(或焦炭)，材料浸于廢水中時(shí)便發(fā)生內(nèi)部和外部?jī)煞矫娴碾娊夥磻?yīng)。所以微電解處理廢水實(shí)際上是內(nèi)部和外部雙重電解的過(guò)程[2]。

目前，筆者公司在寧波地區(qū)處理電鍍廢水(特別是含鉻廢水)時(shí)，運(yùn)行成本較高、出水色度較大、生化指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)、電導(dǎo)率過(guò)高、回用水難以穩(wěn)定運(yùn)行，使筆者公司在電鍍廢水處理技術(shù)方面失去了優(yōu)勢(shì)。為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要對(duì)原有的電鍍廢水處理技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和改造，因此，在寧波地區(qū)進(jìn)行鐵碳微電解處理含鉻廢水的實(shí)驗(yàn)研究。本文以杭聯(lián)某電鍍廠的電鍍含鉻廢水為原水，采用自制鐵碳微電解裝置，研究了鐵碳微電解工藝對(duì)廢水中Cr(VI)、Cu2+、Ni2+的去除效果，比較了鐵碳微電解和常規(guī)焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水的成本。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與裝置

鐵屑選用含碳量高的廢鑄鐵屑，使用前先對(duì)鐵屑進(jìn)行預(yù)處理，依次用3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH 溶液、3%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸去除鐵屑表面油污和氧化物后，水洗至中性。采用粒度為8～10 目的活性炭顆粒，與鐵屑按體積比1∶2 混合均勻后，填裝進(jìn)鐵碳柱中。鐵碳柱采用直徑為300 mm 的UPVC 管，以鵝卵石為墊層，鐵碳層高度為0.5～1.0 m，采用下進(jìn)上出的水流方式，通過(guò)閥門(mén)控制進(jìn)水流量。具體裝置見(jiàn)圖1。

1.2 廢水水質(zhì)

試驗(yàn)原水為杭聯(lián)某電鍍廠的電鍍含鉻廢水，水質(zhì)有所波動(dòng)，具體組成見(jiàn)表1。

1.3 離子含量測(cè)定

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of experimental setup

采用二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定Cr(VI)含量； 采用二乙氨基二硫代甲酸鈉萃取光度法測(cè)定Cu2+含量；采用丁二酮肟光度法測(cè)定Ni2+含量；采用鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定總鐵含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵碳微電解對(duì)Cr(VI)的去除效果

鐵碳微電解法對(duì)Cr(VI)去除效果的影響如圖2所示。圖中是裝置連續(xù)運(yùn)行35 d 的檢測(cè)結(jié)果，取樣時(shí)間為每天的14∶00(圖中第3 和第4 天未測(cè)進(jìn)水六價(jià)鉻含量)。

表1 廢水的組成Table 1 Composition of wastewater

圖2 鐵碳微電解對(duì)廢水中Cr(VI)去除效果的影響Figure 2 Influence of iron-carbon microelectrolysis on removal of Cr(VI) from wastewater

從圖2知，鐵碳微電解對(duì)Cr(VI)的去除效果較為理想，經(jīng)鐵碳微電解處理后，含鉻廢水的Cr(VI)去除率高達(dá)99.98%，出水Cr(VI)含量小于0.1 mg/L，低于GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的Cr(VI)排放限值(0.2 mg/L)。圖中15 d、16 d 時(shí)出水鉻含量突然升高，是因?yàn)樵谠囼?yàn)過(guò)程中，前一天進(jìn)水管閥門(mén)未關(guān)閉，廢水回流使鐵碳柱內(nèi)無(wú)水，鐵碳未浸沒(méi)在廢水中，引起部分短路，造成出水中鉻含量升高，經(jīng)處理后，系統(tǒng)得以恢復(fù)。從圖2還可看出，進(jìn)水pH 對(duì)六價(jià)鉻的去除率無(wú)多大影響。

2.2 鐵碳微電解對(duì)其他金屬離子的去除

圖3為鐵碳微電解處理對(duì)含鉻廢水中Cu2+、Ni2+的去除效果。從圖3可知，鐵碳微電解在處理前期對(duì)銅的去除效果明顯，有時(shí)出水可直接達(dá)標(biāo)，但12 d 以后，銅的去除率降至10%～50%，鎳的去除率更低，還不到30%。這是因?yàn)殂~的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比鎳正，所以Cu2+與Fe 進(jìn)行置換反應(yīng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)總大于Ni2+與Fe 進(jìn)行置換反應(yīng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，前者對(duì)應(yīng)的吉布斯函數(shù)比后者?。桓鶕?jù)熱力學(xué)定律，溶液中總是優(yōu)先進(jìn)行 Cu2+的置換反應(yīng)[3]。隨Cu2+置換反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中Cu2+逐漸減少，Ni2+的置換反應(yīng)才開(kāi)始。從圖3還可看出，Ni2+的置換率是隨銅離子含量改變而波動(dòng)。

圖3 鐵碳微電解對(duì)廢水中金屬離子去除效果的影響Figure 3 Influence of iron-carbon microelectrolysis on removal of metal ions from wastewater

2.3 進(jìn)出水中總鐵量的變化

與常規(guī)焦亞硫酸鈉工藝相比，由于鐵離子的存在，鐵碳微電解會(huì)導(dǎo)致污泥產(chǎn)量增加，嚴(yán)重影響污泥資源化和運(yùn)行成本。圖4為裝置在運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)出水總鐵量的變化情況。

圖4 進(jìn)出水總鐵含量變化曲線(xiàn)Figure 4 Variation curves for total iron content of inflow and outflow

從圖4可知，采用鐵碳微電解工藝處理含鉻廢水時(shí)，雖然對(duì)鉻的去除效果較為理想，但處理后水中的鐵含量增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB 21900-2008 的總鐵排放限值(≤3 mg/L)。后續(xù)處理中，可通過(guò)調(diào)節(jié)pH 來(lái)沉降廢水中的鐵離子和其他離子，以保證出水達(dá)標(biāo)排放。

2.4 處理成本分析

一個(gè)工藝的好壞，不僅要看處理效果，而且要考慮經(jīng)濟(jì)效益。焦亞硫酸鈉是一種典型的Cr(VI)還原劑[4]，為進(jìn)一步說(shuō)明鐵碳微電解在處理含鉻廢水上的優(yōu)越性，在進(jìn)水pH 為1.8～2.5、Cr(VI)為200～300 mg/L的條件下，比較了分別采用鐵碳微電解和焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水時(shí)的成本。因?yàn)槭切≡囋囼?yàn)，含鉻廢水僅占電鍍廢水的一小部分，且人工等變動(dòng)和反應(yīng)裝置等成本變化不大，所以藥劑成本可近似代表處理成本，2 種工藝處理廢水的成本如圖5所示。

圖5 不同工藝處理廢水的成本Figure 5 Cost of wastewater treatment by different processes

從圖5可知，焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水的成本為1.5～2.0 元/t，鐵碳微電解的處理成本僅0.1～0.5 元/t。與焦亞硫酸鈉工藝相比，鐵碳微電解法處理的成本可降低75%以上，說(shuō)明采用鐵碳微電解處理含鉻廢水具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。

3 結(jié)論

(1) 采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水時(shí)，出水Cr(VI)含量低于0.1 mg/L，去除率高達(dá)99.98%，說(shuō)明鐵碳微電解法對(duì)Cr(VI)的去除效果較為理想。

(2) 鐵碳微電解對(duì)電鍍廢水中Cu2+、Ni2+的去除不理想，銅的去除率僅為10%～50%，鎳的去除率則低于30%。

(3) 采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水時(shí)，總鐵含量增加，需通過(guò)后續(xù)處理調(diào)節(jié)pH 來(lái)沉降廢水中的鐵離子和其他離子，才能保證出水達(dá)標(biāo)排放。

(4) 與焦亞硫酸鈉工藝相比，鐵碳微電解處理含鉻廢水的成本可減少75%以上。

[1]鄧小紅,宋仲容.電鍍含鉻廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,27 (5):70-73.

[2]姜興華,劉勇健.鐵碳微電解法在廢水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2009,35 (1):18,26-27.

[3]劉定富,葛麗穎.鐵粉置換法分離電鍍廢水中的銅和鎳[J].環(huán)?？萍?2009,15 (1):1-3.

[4]楊廣平,張勝林,張林生.含鉻廢水還原處理的條件及效果研究[J].電鍍與環(huán)保,2005,25 (2):38-40.