陳洋 楊峰 周騰騰 錢莎莎 (1.江蘇南大華興環(huán)??萍脊煞莨?,江蘇 鹽城 224001;
2.南京大學鹽城環(huán)保技術與工程研究院,江蘇 鹽城 224001)
電鍍涉及行業(yè)廣泛[1],其廢水的復雜性導致電鍍工業(yè)成為全球三大污染工業(yè)之一[2-3]。行業(yè)廢水中化學鍍鎳廢水[4]分子量大、穩(wěn)定性強,極難處理[5]。近年來,國家和地方環(huán)保部門對電鍍廢水污染物排放要求愈加嚴格。常規(guī)化學鍍鎳廢水處理方法有6種[6-8],但在已有處理技術研究中,往往因運行成本高、現(xiàn)場操作維護復雜、出水不穩(wěn)定難達標等原因,阻礙技術廣泛應用。同時,廢水中重金屬污染物能否有效去除,是后續(xù)生化工藝能否正常運行的前提之一。因此,急需尋找一種穩(wěn)定高效的方法對廢水中低濃度高穩(wěn)態(tài)的絡合鎳污染物進行深度去除。針對這一難題,本文采用基于穩(wěn)定高效的蒸餾和高氧化能力的臭氧技術[9]的工藝路線,實現(xiàn)對實際絡合鎳高鹽廢水的有效處理。
實驗所用廢水取自泰州某電鍍企業(yè)廢水,經(jīng)常規(guī)物化處理后形成的高濃度化學鍍鎳廢水母液。母液呈藍綠色,pH在9~11之間,密度為1.231g·cm-3,含固量為25.6%。其水質分析結果為COD約2000mg·L-1,NH3-N約50mg·L-1,總磷約50mg·L-1,總鎳約250mg·L-1。實驗使用試劑聚合氯化鋁(天津市大茂化學試劑廠),聚丙烯酰胺(天津市大茂化學試劑廠),氫氧化鈉(廣州化學試劑廠),硫酸(廣州化學試劑廠)。
UV-1800型分光光度計;安捷倫1260型高效液相色譜分析儀;安捷倫7890型氣相色譜儀;W2-100SP型循轉蒸發(fā)儀;JH-8002y型臭氧發(fā)生器;臭氧反應器(自制);攜帶式臭氧濃度在線檢測儀;JJ223BF電子天平;pH計;超高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜聯(lián)用儀(LC-MS);火焰原子吸收分光光度計(FAAS);Nicolet6700傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)。
500mL母液進入循轉蒸發(fā)儀進行蒸餾,通過控制循轉蒸發(fā)儀內部壓力,控制餾出液流出速度。待餾出液達到一定體積后停止蒸餾,餾出液經(jīng)調節(jié)池調節(jié)控制pH 6~8,進好氧池進行處理。釜殘收集至臭氧氧化反應器中,經(jīng)臭氧氧化處理后過濾,濾液回流至循轉蒸發(fā)儀,濾渣委外處置。實驗流程圖如圖1所示。
圖1 工藝流程圖
pH采用(美國奧豪斯公司)酸度計測定;總鎳濃度采用火焰原子吸收分光光度計測定(FAAS,日立Z2000型,檢出限0.01mg·L-1);液相色譜-質譜(LC -MS,Thermo Fisher,Q Exactive)檢測條件:STPAK C18色譜柱,流動相為0.1%甲酸-乙腈(3:7),流速1.0mL·min-1,分析柱溫度25 ℃,進樣量:10mL,傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR,Nicolet6700,美國 THERMO FisherScientific):KBr壓片法,在波長4000~400cm-1范圍內測定透光率。
量取母液體積250mL加入循轉蒸發(fā)儀。實驗選取負壓為0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四種壓力,研究溫度120℃時,壓力變化對餾出液出水速度及出水體積的影響。實驗結果如圖2所示。
圖2 壓力對餾出液速度和體積影響趨勢圖
根據(jù)圖2所示,控制溫度不變時,餾出液體積隨負壓的增大而增加,相同時間內餾出液體積的增加趨勢隨壓力增大而增大。在同一條件下,餾出液出水速度隨著時間的延長而逐漸減緩。這和Antoine方程中,物質的飽和蒸氣壓和溫度的關系一致。另外,隨著餾出液體積的不斷增加,導致循轉蒸發(fā)儀中的液體濃度也來越高,從而導致餾出液出水速度的不斷減緩。
量取母液體積250mL加入循轉蒸發(fā)儀。實驗選取負壓為0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四種壓力,研究溫度120℃時,蒸餾時間3h時,各餾出液水質中COD、氨氮、總磷和總鎳的含量。實驗結果如圖3所示。
圖3 壓力對餾出液水質影響圖
如圖3所示,壓力對餾出液水質出水的影響較大,特別是壓力從0.065MPa提升至0.075MPa時,水中COD、TP和T Ni的濃度明顯提高。由此可見,隨著壓力的升高部分高沸點有機絡合物隨著水蒸氣一同餾出,導致餾出液水質的急速下降。根據(jù)餾出液水質,當壓力為0.075MPa時,其出水水質特別是鎳含量的增加,使其滿足進生化的要求。
根據(jù)2.1和2.2的研究結果,選取實驗條件負壓為0.065MPa、溫度120℃時,量取母液體積250mL加入循轉蒸發(fā)儀。控制餾出液體積占比為50%、60%、70%和80%,觀察釜殘狀態(tài),如表1所示。
表1 蒸餾釜殘狀態(tài)表
根據(jù)研究的最佳條件,控制蒸餾微壓為0.065MPa、溫度為120℃,蒸餾體積為60%,進行試驗。試驗量取母液體積1L加入循轉蒸發(fā)儀,控制循轉蒸發(fā)儀負壓為0.065MPa、溫度為120℃。待流出液達到600mL時,倒出釜殘。將餾出液pH調節(jié)至7,進好氧池,控制好氧池水力停留時間為24h,出水水質進行檢測。將釜殘倒入臭氧氧化反應器,控制臭氧進氣濃度為70g/m3,反應2h,釜殘粘度明顯下降后。將釜殘用500目濾布進行過濾,濾出液隨第二批母液一同進循轉蒸發(fā)儀進行循環(huán)蒸餾。最終好氧池出水水質指標COD<47.7mg·L-1,NH3-N<4.8mg·L-1,總磷<0.5mg·L-1,總鎳<0.1mg·L-1。實驗結果顯示,在最佳條件下,本實驗工藝對絡合鎳廢水中COD的去除率達到99.8%,對氨氮的去除率達到90%,對總磷去除率達到99%,對總鎳的去除率達到99.9%。
本研究將微壓蒸餾工藝與臭氧工藝聯(lián)合,用以處理絡合鎳廢水,控制廢水中鎳的濃度,保證廢水可生化性。實驗結果表明:蒸餾過程中,負壓對蒸餾出水速度和水質均有影響。壓力越大出水速度越快,壓力達到一定程度時,出水水質急速變差。餾出液體積對后續(xù)臭氧氧化釜殘的影響較大??刂起s出液體積占比,可提高臭氧在釜殘中的停留時間,提高氧化效果。控制實驗在最佳條件下,本實驗工藝對絡合鎳廢水中COD的去除率達到99.8%,對氨氮的去除率達到90%,對總磷去除率達到99%,對總鎳的去除率達到99.9%。