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        電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)初探

        2018-06-05 10:11:52孫威張莉吳小麗艾勝書
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2017年35期
        關(guān)鍵詞:有機(jī)污染物應(yīng)用技術(shù)廢水處理

        孫威 張莉 吳小麗 艾勝書

        摘 要:本文介紹了活性炭吸附法、混凝沉淀法、生物法和高級氧化技術(shù)去除電鍍廢水有機(jī)污染物的基本原理、工藝特點、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀,結(jié)合了電鍍廢水中有機(jī)污染物來源及成分復(fù)雜等特點,總結(jié)了電鍍廢水中有機(jī)污染物去除的發(fā)展趨勢并指出高級氧化技術(shù)和電化學(xué)氧化技術(shù)是該領(lǐng)域的發(fā)展方向和研究熱點,為電鍍廢水處理的實際應(yīng)用提供一定的理論支持。

        關(guān)鍵詞:電鍍廢水 有機(jī)污染物 廢水處理 應(yīng)用技術(shù)

        中圖分類號:X78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)12(b)-0104-03

        電鍍加工產(chǎn)品由于其裝飾性與功能性等特點,使電鍍行業(yè)已成為我國社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的熱點工業(yè)。據(jù)2007年不完全統(tǒng)計,僅廣東珠江三角洲地區(qū)和浙江溫州地區(qū)的電鍍企業(yè)就多達(dá)8300余家,年產(chǎn)值逾百億人民幣。我國傳統(tǒng)工業(yè)中電鍍行業(yè)扮演著重要角色,而且它在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),如微電子技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、產(chǎn)品制造業(yè)和通訊技術(shù)中也發(fā)揮著越來越重要的作用。電鍍工業(yè)不僅僅是耗水大戶,也是污廢水產(chǎn)生的主要源頭之一,電鍍廢水難達(dá)標(biāo)排放的特點極大限制了電鍍工業(yè)在我國的發(fā)展[1-3]。有關(guān)資料表明,目前我國電鍍企業(yè)每年產(chǎn)生的重金屬離子廢水就高達(dá)4億m3,加之其他污染物的排放,給環(huán)境造成了極大的壓力。實現(xiàn)電鍍廢水的綜合治理及循環(huán)利用,在減少污廢水排放量、降低水體流域污染程度的同時,有效節(jié)約水資源,對緩解日趨突出的水資源危機(jī)具有重要的應(yīng)用價值和意義[4]。

        有機(jī)污染和重金屬污染是電鍍廢水兩個最重要的特征,其中有機(jī)污染是電鍍廢水處理和循環(huán)利用的瓶頸[5]。電鍍廢水的有機(jī)污染問題之前并未引起電鍍界及環(huán)保界的重視,隨著電鍍廢水回用率的提高,廢水有機(jī)污染物濃度由于沒有針對性處理單元而不斷升高,進(jìn)而影響重金屬處理單元的正常運轉(zhuǎn)和有機(jī)污染物排放濃度超標(biāo),嚴(yán)重制約了電鍍廢水回用率[6]。因此,電鍍廢水有機(jī)污染的治理勢在必行。

        1 電鍍廢水有機(jī)污染物的來源

        電鍍廢水的有機(jī)污染物主要電鍍前處理工藝、電鍍工藝和電鍍后處理工藝3個來源,具體有機(jī)物含量及份額見表1,電鍍廢水前處理工藝和鍍后處理工藝是產(chǎn)生有機(jī)污染的主要來源,而電鍍工藝本身占有的比例較低。前兩種工藝污染物的主要成分是礦物油、表面活性劑、蠟以及電鍍工藝廢水中添加的各種光亮劑,多為混合高分子有機(jī)化合物組成,而電鍍后處理廢水的有機(jī)污染物一般在脫水處理、退鍍處理和化學(xué)防腐處理過程中產(chǎn)生的,通常包括苯并三氮唑、表面活性劑、間硝基苯磺酸鈉等[7]。電鍍加工產(chǎn)品趨于多功能化且趨勢越發(fā)明顯,電鍍廢水中有機(jī)污染物組分也將隨之越發(fā)復(fù)雜。

        2 電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)初探

        由于近幾年電鍍界和環(huán)保界才開始對電鍍廢水有機(jī)污染問題做出關(guān)注,所以相關(guān)的研究較少。大量的文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明,我國電鍍企業(yè)已有的廢水處理工藝近乎都沒有針對有機(jī)污染物去除的處理單元。最近幾年,由于社會和企業(yè)環(huán)保意識的逐漸加強,部分電鍍企業(yè)在處理電鍍廢水重金屬離子污染后,又對廢水后續(xù)跟進(jìn)了常規(guī)深度處理,大多采用活性炭吸附法去除大部分有機(jī)污染物,以部分實現(xiàn)電鍍廢水的循環(huán)利用。與國內(nèi)相比,國外環(huán)保要求較為嚴(yán)格,電鍍廢水的有機(jī)污染問題較早地受到了企業(yè)重視,很多新型的工藝和技術(shù)得到了嘗試和運用,相關(guān)經(jīng)驗對我國電鍍廢水的有機(jī)污染治理有一定的借鑒意義。

        2.1 活性炭吸附法

        活性炭吸附法由于其操作簡單易行、可同時吸附多種物質(zhì)的特點,普遍應(yīng)用于污染物種類復(fù)雜的電鍍廢水處理。其中炭成本較高是活性炭吸附法推廣的制約因素,根本原因是顆粒活性炭吸附處理COD的動態(tài)吸附容量在10%左右(重量百分比),即吸附處理廢水100kg左右的COD需要消耗1t的活性炭[8]。而顆?;钚蕴吭偕щy,因此此法處理成本極高,導(dǎo)致顆?;钚蕴刻幚黼婂儚U水有機(jī)污染物技術(shù)的應(yīng)用推廣受限。

        國內(nèi)外很多學(xué)者也對活性炭吸附法進(jìn)行了廣泛深入的研究,主要有以下兩個方面。

        2.1.1 活性炭材料的改性及其吸附性能研究

        通過掌握的一些吸附機(jī)理,利用各種手段對活性炭材料的表面物化性質(zhì)進(jìn)行改性,增加吸附有機(jī)污染物容量和效率,對相關(guān)的吸附機(jī)理進(jìn)行探究,建立科學(xué)的模型并用于指導(dǎo)實際應(yīng)用[9-10]。

        2.1.2 吸附飽和活性炭的再生技術(shù)研究

        對于一些廢水處理量較大的電鍍企業(yè),活性炭再生不僅可以降低成本,還可以避免二次污染[11]。很多研究者研究了吸附飽和活性炭的再生技術(shù),包括熱再生法、濕式氧化再生法、微波再生法等[12]。雖然新的再生技術(shù)在工藝路線上還不太成熟,但它們的提出為活性炭的再生提供了新探討與新思路。

        2.2 混凝沉淀法

        混凝沉淀法作為處理工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的傳統(tǒng)工藝,其基本原理是:廢水中的膠體、懸浮物和可絮凝的其他物質(zhì)在混凝劑的作用下,通過降低界面的電位、壓縮微顆粒表面雙電層和電中和等電化學(xué)過程,經(jīng)過物理化學(xué)過程形成“絮團(tuán)”,沉降后實行固液分離,設(shè)備頂部流出的是色度和濁度較低的出水。混凝沉淀法處理電鍍廢水時,混凝階段的運行狀態(tài)決定了出水效果?;炷齽┑倪x擇直接影響了混凝沉淀法的運行效果。我國目前采用的混凝劑主要包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、二元或三元金屬鹽的復(fù)合物、聚丙烯酰胺及其衍生物等[13]。一般根據(jù)廢水的實際情況選擇一種或兩種混凝劑搭配使用。研究表明,無機(jī)和有機(jī)高分子混凝劑合理搭配使用能明顯提高電鍍廢水的絮凝效果,在優(yōu)化運行參數(shù)的同時,可使電鍍廢水有機(jī)污染物去除率升至70%~80%[14]。這是混凝沉淀法在實際應(yīng)用中難以得到全面推廣的原因。

        2.3 生物法

        電鍍廢水可生化性差、水質(zhì)不穩(wěn)定及高金屬離子的特點是傳統(tǒng)生化工藝處理電鍍類廢水效果差的主要原因,這些特點都大大限制了傳統(tǒng)生物工藝對電鍍廢水的應(yīng)用。而國內(nèi)已有的科研單位對電鍍前處理工藝廢水進(jìn)行的生物法研究都是在小試基礎(chǔ)上進(jìn)行的,投加的微生物也是經(jīng)過培養(yǎng)馴化的特殊菌種。一般通過在生物處理工藝前添加物化工藝削弱此現(xiàn)象。

        2.4 高級氧化技術(shù)

        高級氧化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水治理領(lǐng)域較廣泛,國內(nèi)外學(xué)者也對此技術(shù)在電鍍廢水處理應(yīng)用進(jìn)行了研究探索[15]。雖然這些高級氧化技術(shù)可以在一定程度上降解有機(jī)污染物,但要較完全地去除它們也存在諸多問題,如二次污染問題和成本較高等。

        近年來,電化學(xué)氧化技術(shù)因其處理效率高、環(huán)境友好、操作簡便等優(yōu)點,在電鍍廢水處理領(lǐng)域引起很大關(guān)注。大量研究結(jié)果表明,電化學(xué)氧化技術(shù)能有效地氧化苯酚、氯酚、苯磺酸、硝基苯、EDTA等多種有機(jī)污染物,是一種值得推廣的廢水處理新技術(shù)[16]。

        陽極是電化學(xué)氧化的核心,理想的陽極既要有很強的氧化選擇性,又要有很高的電流效率,同時陽極的使用壽命和制作成本也是限制其工程化的關(guān)鍵因素。在已開發(fā)出的各種電極材料中,摻硼金剛石(Boron doped diamond, BDD)電極在釋氧過電位與電化學(xué)穩(wěn)定性方面,已能滿足工業(yè)化應(yīng)用要求,但這種電極制作成本很高。其他電極材料,如SnO2、PbO2,盡管制作成本相對較低,但性能方面明顯不如BDD。開發(fā)新型電極材料或?qū)ι鲜鲭姌O材料進(jìn)行改性一直是該領(lǐng)域的研究熱點。

        3 電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)的發(fā)展方向

        3.1 廢水循環(huán)利用是電鍍行業(yè)發(fā)展的主題

        電鍍廢水回用是實現(xiàn)減少電鍍廢水排放量、降低工藝用水量以減輕環(huán)境污染、節(jié)約水資源的重要舉措。實現(xiàn)高效全面的電鍍廢水回用,對整個電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的實際意義。

        3.2 提高廢水回用率,必須治理有機(jī)污染物

        目前,我國電鍍廢水處理工藝還沒有針對有機(jī)污染物的處理單元,隨著電鍍廢水回用趨勢的上升,廢水回用率逐漸提高,水中有機(jī)污染物濃度逐漸積累,這嚴(yán)重影響了電鍍廢水重金屬處理單元的正常運轉(zhuǎn),而且有機(jī)物濃度到達(dá)上限時,廢水必須排放,因此,高級氧化技術(shù)將在有機(jī)污染治理中扮演重要角色,傳統(tǒng)廢水生物處理工藝對電鍍廢水處理效果較差,高濃度金屬離子對作用微生物具有毒殺作用,都大大限制了傳統(tǒng)生物工藝對電鍍廢水的應(yīng)用。

        3.3 電化學(xué)氧化技術(shù)將是該領(lǐng)域的研究熱點

        近年來,美國、德國、日本、香港等許多國家和地區(qū)均投入了大量人力與資金,開展了電化學(xué)氧化技術(shù)處理有毒、有害、難降解有機(jī)廢水的研究。由于此技術(shù)對有機(jī)污染物具有去除效率高、操作簡便、環(huán)境友好等優(yōu)點,對重金屬離子也有較好的去除效果,加之工藝設(shè)備占地面積小,在電鍍廢水治理領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

        4 結(jié)語

        目前我省乃至全國眾多電鍍企業(yè)都存在著有機(jī)污染物普遍超標(biāo)的問題,必須加快電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)研究開發(fā),建立一套行之有效的電鍍廢水有機(jī)污染物去除的技術(shù)體系,突破電鍍廢水處理和循環(huán)利用的瓶頸,避免電鍍廢水難處理、難達(dá)標(biāo)的狀況制約電鍍行業(yè)的發(fā)展。充分利用電化學(xué)氧化技術(shù)的優(yōu)勢,為電鍍行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn)

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