電鍍廢水一體化處理工藝
隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保技術(shù)的快速發(fā)展，許多新技術(shù)開始應(yīng)用于環(huán)保行業(yè)了，其中以鐵/炭內(nèi)電解反應(yīng)器為核心的技術(shù)在環(huán)保工程中應(yīng)用越來越廣泛。這種一體化處理技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在電鍍廢水處理工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。
1、一體化技術(shù)處理混合電鍍廢水工藝機理
破CN-、氧化還原Cr6+為Cr3+等預(yù)處理措施是傳統(tǒng)電鍍廢水處理工藝中必須的，因其投資大、技術(shù)參數(shù)控制程度高、操作復(fù)雜等弊端，在工程設(shè)計與應(yīng)用中具有一定的局限性。
相比起來，以為主體技術(shù)的工藝則避免了污水的分類收集、預(yù)處理等前期工序，廢水可直接混合并進(jìn)入獨立設(shè)置的調(diào)節(jié)池內(nèi)，進(jìn)行水量水質(zhì)調(diào)節(jié)，然后通過水力提升至鑄鐵/焦炭內(nèi)電解反應(yīng)器內(nèi)，在一定條件下反應(yīng)后進(jìn)入下步工序。由于此類技術(shù)不需要對污水進(jìn)行分類預(yù)處理，而是直接混合處理，因此亦名“一體化處理技術(shù)”，其典型的反應(yīng)機理可表示如下：
陽極鑄鐵：
Fe-2e→Fe2+ E0(Fe2+/Fe)=-0.44V (1)
Cu2++Fe→Fe2++Cu (2)
陰極焦炭：
2H++2e→2[H]→H2↑ E0(H+/H2)=0.00V (3)
O2+2H2O+4e→2OH- E0(O2/OH-)=0.41V (4)
O2+4H++4e→2H2O E0(O2/H2O)=1.22V (5)
不斷生成的Fe2+在強氧化劑Cr6+作用下，生成具有良好絮凝作用的Fe3+，同時將Cr6+轉(zhuǎn)化Cr3+，其反應(yīng)為：
6Fe2++Cr2O2-7+14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O (6)
同時，如果污水中還含有氰化物，則可發(fā)生：
CN-＋O2→CNO-〔→…→N2〕 (7)
通過以上一系列無數(shù)的內(nèi)電解反應(yīng)，污水中的重污染物物質(zhì)得到了轉(zhuǎn)化，繼而在后續(xù)處理單元中得到更進(jìn)一步去除。
2、工藝流程及主要設(shè)施說明
2.1、工藝流程
采用此技術(shù)的工程工藝流程。
混合廢水經(jīng)廠區(qū)收集管道流至調(diào)節(jié)池，由耐腐蝕性一級污水泵提升至鑄鐵/焦炭反應(yīng)器中，在空氣輔助作用下，水中重金屬離子及CN-等在鑄鐵/焦炭表面發(fā)生無數(shù)內(nèi)電解反應(yīng)，通過一系列（1）－（7）式中反應(yīng)達(dá)到轉(zhuǎn)化目的。出水經(jīng)過自動控制系統(tǒng)投加堿液調(diào)節(jié)pH后自流至斜管沉淀池進(jìn)行泥水分離，清水經(jīng)過砂濾后即可達(dá)標(biāo)排放或者回用。
斜管沉淀池排放污泥在濃縮池中濃縮后經(jīng)壓濾機脫水處理，干泥餅中含有大量重金屬，屬于危險廢物，交由專門機構(gòu)回收處理。
2.2、主要設(shè)計參數(shù)
2.2.1 混合調(diào)節(jié)池
用以調(diào)節(jié)不規(guī)律排水，均衡水量水質(zhì)。設(shè)置水力停留時間為8 h，液位控制器控制提升泵運行。
2.2.2 溶氣罐
保證水氣的充分混合，使污水中含有的氧氣分子能在焦炭表面形成內(nèi)電解環(huán)境。溶氣罐設(shè)置水力停留時間為3～5 min。
2.2.3 鑄鐵/焦炭反應(yīng)器
鑄鐵/焦炭反應(yīng)器為本工藝的核心部件，污水中含有的重金屬與溶解的氧氣分子在其表面發(fā)生無數(shù)微電解反應(yīng)〔見上（1）－（7）反應(yīng)機理〕，良好的反應(yīng)條件能夠保證污水中的重金屬以及氰化物等高危害污染物轉(zhuǎn)化為低危害物質(zhì)，繼而在后續(xù)離子固化工序中得以去除。鑄鐵/焦炭反應(yīng)器水力停留時間為45 min，接觸反應(yīng)時間為25～30 min。
2.2.4 脫氣池
脫除污水中大量的微小空氣泡，避免帶入反應(yīng)池中被投加藥劑包裹形成絮凝體而使絮凝體變輕上浮。水力停留時間為15 min，設(shè)置機械攪拌加快脫氣。
2.2.5 反應(yīng)池
分為二級反應(yīng)，前段通過pH計自動控制系統(tǒng)投加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值，重金屬得以固化，后段投加PAM絮凝劑加速絮凝體的沉淀。兩級反應(yīng)時間均為15 min。
此外，相對于其它工藝，鑄鐵/焦炭反應(yīng)器本身生成的Fe3+具有良好絮凝作用，在控制pH為7－10的情況下，生成的絮凝體大而穩(wěn)定，易于沉淀。
2.2.6 斜管沉淀池
用以實現(xiàn)反應(yīng)池出水中的泥水分離。表面負(fù)荷取1.0 m3/(m2.h)。
2.2.7 砂濾池
沉淀池出水中一般都含有微小的懸浮物質(zhì)，這些通過機械作用強制固化的重金屬物質(zhì)可能會重新溶出而造成出水中重金屬物質(zhì)的超標(biāo)，在沉淀池后設(shè)置砂濾池可以有效的將微小的懸浮物質(zhì)除去。砂濾池設(shè)計流速以不超過1.0 m/h為佳。
2.2.8 清水回用池
暫存清水，提供砂濾池的反沖洗用水或者回用水。
3、結(jié)果與體會
3.1、影響水質(zhì)因素
3.1.1 鑄鐵/焦炭反應(yīng)器對系統(tǒng)的影響
鑄鐵/焦炭反應(yīng)器是本技術(shù)的關(guān)鍵處理設(shè)施，其主要參數(shù)的設(shè)計直接決定著系統(tǒng)出水效果的好壞。在水質(zhì)一定的情況下，鑄鐵和焦炭的質(zhì)量比、安裝方式、焦炭粒徑大小以及接觸反應(yīng)時間是關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。
在進(jìn)水pH值為1～3的條件下，采用的鑄鐵：焦炭質(zhì)量比約為1～1.5:1，分層安裝，鑄鐵粒徑細(xì)小（ф＝5～15 mm），焦炭以細(xì)薄塊狀最好；整個反應(yīng)器接觸時間為20～30 min，提供空氣量為0.1～0.13 m3/min時，水樣分析表明，在此條件下，污水中含有的高危險物質(zhì)Cr6+及CN-等能夠良好的轉(zhuǎn)化為低危險、易除去的Cr3+及CNO-等。
3.1.2 水中空氣的影響
一體化處理池中出水含有大量的空氣，在進(jìn)行加藥前必須盡量脫除。本工程設(shè)計之初由于沒有充分考慮好脫氣問題，在斜管沉淀池中經(jīng)常發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象，原因即為水中含有的空氣在沒有完全脫除之前已經(jīng)被投加堿及PAM包裹在絮凝體內(nèi)，造成污泥密度變小而上浮。脫氣池設(shè)置較大的表面積及增加攪拌有利于快速脫氣。
3.1.3 pH值的影響
重金屬沉淀對pH要求較高，所以采用pH自動控制器來投加NaOH量。
3.1.4 砂濾流速影響
砂濾池主要將出水中可能含有的微小懸浮物除去，避免固化重金屬重新溶解到清水中，過高的濾速不利于濾除微小的懸浮物。
3.2、工程投資與運行費用
以內(nèi)電解技術(shù)為主體的污水處理工藝無論是倫理上還是工程應(yīng)用上已經(jīng)日漸成熟，尤其是此類技術(shù)為核心的一體化處理工藝應(yīng)用于電鍍廢水處理工程更有著傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)越性。一體化技術(shù)處理電鍍廢水不需鋪設(shè)多種管路，避免了因分類收集作預(yù)處理帶來的管路復(fù)雜、設(shè)備多、加藥量大、控制要求高等弊端，因此工程投資費用省、運行費用低（表1）。
表1 工程主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
Table1 Main economic index of the engineering
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3.3、反應(yīng)器更換填料對系統(tǒng)的影響
反應(yīng)器中鑄鐵是一直處于消耗狀態(tài)的，當(dāng)其含量下降到一定程度時，反應(yīng)器處理效果變差，甚至出水不能達(dá)標(biāo)，此時需要及時補充鑄鐵，可能對系統(tǒng)連續(xù)運行產(chǎn)生影響。因此，在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮到此種情況的發(fā)生，可以通過設(shè)置多個獨立并聯(lián)的處理單元，或者在工廠停產(chǎn)檢修時進(jìn)行。
3.4、結(jié)果
實例工程于2004年1月開工，2004年4月竣工并調(diào)試，2004年5月通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門監(jiān)測驗收。部分監(jiān)測結(jié)果如表2所示。
表2 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果 mg/L（pH除外）
Table2 Results of water samples mg/L（pH except）
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監(jiān)測結(jié)果顯示，本工藝對重金屬的去除率均在95 %以上，出水明顯優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。
4、結(jié)論
4.1、本工程實例顯示，一體化污水處理技術(shù)應(yīng)用于電鍍混合廢水處理工程不僅投資省、運行費用低，而且操作簡便、處理效果高效穩(wěn)定。
4.2、本工程出水中Cr6+、總銅、總鎳和總鋅分別為0.002（Y）mg/L、0.24 mg/L、0.21 mg/L和0.13 mg/L，去除率高達(dá)99.4 %、98.4 %、98.7 %和95.8 %，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的一級標(biāo)準(zhǔn)，部分出水回用
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