含铬电镀废水处理技术探讨侯梦然

2011年第12期广东化工第38卷总第224期·89·含铬电镀废水处理技术探讨侯梦然1，张蔚萍1,2*，胡庆华1,2，黄斌1(1．九江学院化学与环境工程学院，江西九江332005；2．江西省鄱阳湖生态经济研究中心，江西九江332000)[摘要]简述现阶段几种主要的含铬电镀废水的处理方法：化学法、离子交换法、吸附法、生物法等，并阐述各方法的原理及其优缺点。根据每种方法的优缺点以及其目前的应用情况，提出各方法存在的问题，针对其存在的问题提出含铬电镀废水处理工艺的发展研究前景。[关键词]含Cr(VI)电镀废水；废水处理；微生物絮凝剂[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)12-0089-02DiscussontheTreatmentTechnologiesoftheElectroplatingWastewaterwithChromiumHouMengran1,ZhangWeiping1,2*,HuQinghua1,2,HuangBin1(1.SchoolofChemistryandenvironmentEngineering,JiujiangUniversity,Jiujiang,332005；2.JiangxiPoyangLakeEcologicalEconomicResearch,Jiujiang332000,China)Abstract:SomemainmethodsofcleaningtheelectroplatingwastewaterwithCr(Ⅵ)weredescribedinthepaper:chemicaltreatmentmethod,ionexchangemethod,absorptionprocessmethodandbiologicaltreatmentmethod.Moreover,thepaperexplainstheprinciplesofthemethodsandcomparestheiradvantagesanddisadvantages;accordingtowhich,theproblemsofthesemethodsintheapplicationsituationsareproposed;alsothepaperputsforwardsomesuggestionsonthedevelopmentofthestudyofcleaningtheelectroplatingwastewaterwithCr(Ⅵ).Keywords:theelectroplatingwastewaterwithCr(Ⅵ)；thewastewatetreatment；MicrobialFlocculant随着社会经济的发展，对电镀产品的需求日益增多，而电镀工艺产生的废水，对环境的影响极大，为了保护人类赖以生存的水体清洁，在电镀工艺之后，必须设置电镀废水处理工艺。这些废水中含有氰化物、酸、碱以及六价铬、铜、锌、镉、镍等重金属污染物，危害严重。目前，电镀废水主要危害人体健康的污染物质为Cr(VI)。对于含铬的电镀废水的处理方法有：化学法、离子交换法和吸附法。1化学法化学法处理电镀含铬废水是国内使用较为广泛的方法之一，一般常用的处理方法有铁氧体法、铁粉(铁屑)内电解法等。1.1铁氧体法1.1.1铁氧体法原理铁氧体法处理含铬废水是硫酸亚铁还原法的演变和发展，在工程上已比较成熟[1-2]。铁氧体法处理含铬电镀废水一般有三个过程，即还原反应、共沉淀和生成铁氧体。(1)还原反应和共沉淀首先向废水中投加硫酸亚铁，使废水中的六价铬还原成三价铬，然后投碱调整废水pH，使废水中的三价铬以及其他重金属离子(以Mn+表示)发生共沉淀现象，在共沉淀过程中，某些金属离子的沉淀性能会得到改善。其反应如下：还原反应：2233272CrO6Fe14H2Cr6Fe7HO调整废水pH后的沉淀反应：33nn22232Cr3OHCr(OH)MnOHM(OH)13Fe(OH)OFeOFeO3HO2在共沉淀过程中的反应：n323n231xx4FeOFeOMFeFeFeMOx为0~1之间(2)生成铁氧体铁氧体是指具有铁离子、氧原子及其他金属离子组成的氧化物晶体，通称亚高铁酸盐。铁氧体有多种晶体结构，最常见的为尖晶石型的立方体，具有磁性。在形成铁氧体过程中，废水中其他金属离子取代铁氧体晶格中的Fe2+和Fe3+，八面体位或四面体位，构成晶体的组成部分，因此不易溶出。有以上反应，使溶解在水中的金属离子进入铁氧体晶体中，生成复合的铁氧体。1.1.2铁氧体法的优缺点铁氧体处理法的主要优点是FeSO4货源广，价格低，处理设备简单，处理后水能达到排放标准，污泥不会引起二次污染。缺点是试剂投加量大，相应产生的污泥量也大，污泥制作铁氧体时的技术条件较难控制，需加热耗能较多，处理成本也高。1.1.3铁氧体法在含铬废水处理中的应用情况1974年首先由大连造船厂等单位试验，并用于处理电镀废水取得成功，后又被应用于多种金属离子电镀混合废水的处理。国营4110厂采用投加FeSO4后投加NaOH的方法处理电镀废水，结果处理Cr(Ⅵ)的效率高达99.9%[3]。曾祥峰等[4]在2007年在“改进铁氧体法去除污泥处理液中重金属的实验研究”中表明，利用改进铁氧体法，在一定条件下，铬的去除率为86%，处理后的液体中各成分含量达到安全排放标准。1.1.4铁氧体法目前存在的问题及研究方向对于使用铁氧体处理含铬电镀废水，目前仍存在较大的问题。比如使用什么样的铁氧体最为合适；如何保证投加的试剂最有效的处理含铬电镀废水；产生的污泥如何再利用等。所以，研究开发新的铁氧体以及铁氧体处理含铬电镀废水产生的污泥如何再利用是目前的研究重点之一。1.2铁屑(铁粉)内电解法1.2.1铁屑(铁粉)内电解法的原理铁屑内电解法的原理主要为：当含Cr(VI)废水通过铁屑时，在一定的pH下，铁屑内发生了原电池反应。阳极反应：22233272223342Fe2eFeCrO6Fe14H2Cr6Fe7HOCrO3Fe8HCr3Fe4HO阴极反应：22327223422H2eHCrO6e14H2Cr7HOCrO8HCr4HO其中，CrO42-还原为Cr3+的反应主要在阳极进行。随着反应的进行，氢离子浓度逐渐减小，pH则逐渐升高，溶液中的Cr3+、Fe3+生成氢氧化物沉淀。3333Cr3OHCr(OH)Fe3OHFe(OH)生成的Fe(OH)3又具有凝聚作用，可将Cr(OH)3吸附凝聚在一起，当其通过铁屑滤柱时，即被截留在铁屑空隙中，这样就可以将Cr(VI)及Cr3+同时去除。另外，生成的氢氧化铁在其絮凝的[收稿日期]2011-10-10[基金项目]国家自然科学基金(51064011)；江西省教育科学“十二五”规划课题(10YB335)；江西省教育厅青年科学基金项目(GJJ09599)；江西省教育科学“十二五”规划课题(10YB350)[作者简介]侯梦然(1990-)，女，北京人，在读本科生。*为通讯作者，张蔚萍(1980-)，女，江西九江人，硕士，讲师，主要研究方向为水污染控制工程。··广东化工2011年第12期·90·期同时，也具有吸附共沉淀作用，从而也可以去除一部分Cr3+、Cr6+。1.2.2铁屑(铁粉)内电解法的优缺点铁屑(铁粉)内电解法的主要特点有：(1)工艺流程简单；(2)处理后的废水中不但各种金属离子浓度远低于国家排放标准，并且还有一定的脱盐效果和去除COD的能力；(3)运行费用低。但此方法消耗较多的酸，同时其污泥量较大。1.2.3铁屑(铁粉)内电解法在含铬电镀废水中的应用情况铁屑(铁粉)内电解法处理含铬电镀废水的处理效果很好，谢少雄等[5]经过试验测定表明使用铁屑法处理：Cr(VI)的去除率达到99%以上，而且出水达到国家排放标准。在2008年，重庆文理学院化学与环境科学系的邓小红进行了“铁屑内电解法处理电镀含铬废水的实验研究”[6]，结果表明：用铁屑内电解+斜管沉淀池+微孔过滤机处理电镀含铬废水，Cr(VI)的去除率达到99.6%以上，出水各监测指标优于国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准。实践证明该工艺投资少，运行简单，效果好。1.2.4铁屑(铁粉)内电解法目前存在的问题及研究方向铁屑(铁粉)内电解法处理含铬电镀废水时同样存在较大问题。铁屑(铁粉)内电解处理法消耗大量的酸，以保证处理条件。由于使用大量的化学试剂，可能导致二次污染，同时增加成本，劳动强度增大。而且，为保证出水要求，在处理后必须加碱回调pH至8左右，这样又导致运行处理成本加大。若要改善这种状况，需要对该方法进行改善。可以用两种方法或多种方法组合使用，相互辅佐，既达到排放标准，同时降低成本。2离子交换法2.1离子交换法的原理离子交换树脂法是利用离子交换树脂活性基团上的可交换离子(H+、Na+、OH一等)，去除废水中的阴、阳离子，树脂的性能对重金属去除有较大影响。常用的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、鳌合树脂和腐殖酸树脂等。阳离子交换树脂由聚合体阴离子和可供交换的阳离子组成，树脂型号多，用于含Zn(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)，Ni(II)，Cr(Ⅵ)等重金属阳离子废水治理的树脂较多[7-9]。阴离子交换树脂是由高度聚合体阳离子和可供交换的阴离子组成，树脂上的阴离子主要与废水中的铬酸等发生交换，从而达到净化含Cr(Ⅵ)废水之目的。离子交换树脂法处理电镀废水，出水水质好，可回收有用物质，便于实现自动化。该法的缺点是树脂易被氧化和污染，对预处理要求较高。2.2离子交换法处理含铬电镀废水的优缺点离子交换法由于具有适用范围宽、实用性能好、运行成本较低、设备简单、吸附速率快、饱和容量大、分离效率高、可同时回收多种离子、净水水质好、性能稳定、易于循环利用、变废为宝等优点，己成为处理含铬废水的有效方法之一[10-11]。但离子交换法处理含铬电镀废水的一次性投资大，操作管理要求严格，在生产运行中往往会由于操作管理不善而达不到预期的效果。2.3离子交换法在含铬电镀废水中的应用情况在20世纪70年代中期，上海光明电镀厂、北京北郊木材厂等单位首先用离子交换法处理含铬废水，实现了既除铬害，又可回收铬酸以及大量水得到循环回用的目的。但该法技术要求较高，一次性投资大，而且在回收的铬酸中还有余氯，影响回收利用。所以，离子交换法处理电镀含铬废水有较大的发展空间，可以进一步的研究、拓展。而且，随着离子交换树脂材料的研究、改善，离子交换法处理含铬电镀废水再一次成为研究焦点。唐树和等[12]采用201x7强碱性阴离子交换树脂处理模拟含Cr(VI)废水，探讨了废水酸度、交换时间、Cr(VI)初始浓度浓度对Cr(VI)去除率的影响以及树脂再生所需的合适温度和再生剂浓度。结果表明，201x7强碱性阴离子交换树脂处理模拟含Cr(VI)废水，具有交换容量大、交换效果好、树脂再生条件较简单等优点；并对实际含铬废水进行了处理，废水中Cr(VI)的初始浓度为1540mg/L，处理量达52BV(床体积)时，出水中Cr(VI)的浓度仍小于0.5mg/L，达到国家排放标准；树脂交换容量约80g/L，用8%NaOH溶液，在50℃条件下进行再生效果较好，再生率大于95%，可实现树脂的重复使用。近些年，离子交换法处理含铬电镀废水主要应用的是离子交换树脂回收利用电镀废水中的Cr(VI)[13]。2.4离子交换法目前存在的问题及研究方向离子交换法处理含铬电镀废水的一次性投资大，操作管理要求严格，在生产运行中往往会由于操作管理不善而达不到预期的效果。离子交换法在含铬废水处理方面的研究日新月异，显示出了巨大的应用前景，该方法有着较大的发展空间：(1)环保性。交换材料的生产和使用过程中注意原料的选择，