廢棄物處理電鍍廢水的研究進(jìn)展

前言

電鍍是以增強(qiáng)金屬制品的耐蝕性和美觀性為目的,在金屬工件表面鍍覆一層金屬保護(hù)層。常用的鍍層金屬有鉻、鋅、鎳、鎘、銅、銀等。隨著汽車、家用電器、航空、航天、建筑及相應(yīng)的裝飾工業(yè)的發(fā)展和人們對美化生活需求的提高,我國電鍍行業(yè)面臨著重大的歷史發(fā)展機(jī)遇。電鍍過程由于使用了大量酸、堿、重金屬溶液等有毒有害化學(xué)品而為我國重污染性行業(yè)之一。電鍍廢水一般分為含鉻廢水、含氰廢水、重金屬廢水及酸堿性廢水。

電鍍廢水是治理難度較大的廢水之一,每年排放的電鍍廢水達(dá)4 Gm3,它的排放量約占工業(yè)廢水總排放量的10 %。

近年來,由于廢水處理成本的提高,開發(fā)新型廉價的材料是廢水處理的重點(diǎn)。廢棄物是基本或完全失去使用價值、無法回收利用的排放物,同樣也是環(huán)境污染物。國內(nèi)外許多學(xué)者致力于將一些新型、廉價的吸附材料應(yīng)用于去除廢水中的重金屬。研究表明:用橡膠碎屑、泥煤、玉米渣、椰子殼、煙煤、污泥灰、活性污泥、飛灰和木屑等廉價吸附劑去除電鍍廢水中的重金屬是有效的[1],并且利用了生活中的廢棄物,達(dá)到了“以廢治廢”的效果。該類原料來源廣、價格低廉,被廣泛應(yīng)用于各類廢水的處理。

1　處理電鍍廢水的常用方法

電鍍廢水成分復(fù)雜,處理技術(shù)也是多種多樣,總的來講可分為四類:化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法及生化法。上世紀(jì)80年代以多元組合技術(shù)為主[2],目前以成本較低、技術(shù)較成熟的化學(xué)法為主,同時適當(dāng)輔以其他的處理方法。

化學(xué)法是目前電鍍廢水處理中最常用的方法,通過向水體中投加一定的化學(xué)藥劑,從而改變水體中污染物質(zhì)的性質(zhì),使其與水體分離或達(dá)到無害化的目的�；瘜W(xué)處理法主要包括:化學(xué)沉淀法、化學(xué)還原法、化學(xué)氧化法、鐵氧體法及中和法等。化學(xué)法工藝比較成熟,但處理廢水時需要投加大量的藥劑,廢水處理的成本相對較高。

物理法是利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì),但處理物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不改變,操作安全,深度凈化的處理水可以回用。物理法處理電鍍廢水主要有蒸發(fā)濃縮、晶析、分離等。

物理化學(xué)方法是通過物理和化學(xué)的綜合作用,使廢水得到凈化。常用的物理化學(xué)法有離子交換法、電解法、活性炭吸附法、斜發(fā)沸石吸附法及麥飯石吸附法等。

電鍍廢水的生化處理過程主要是利用微生物的生命活動過程,對廢水中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化作用,從而使廢水得到凈化的處理方法,是用生物來治理電鍍廢水的高新生物技術(shù)�；钚蕴�-生物膜法利用活性炭的富集作用和生物膜的降解作用相結(jié)合,有望成為處理含氰廢水較有前途的方法之一[3]。

2　廢棄物處理電鍍廢水的原理

利用廢棄物作為吸附劑處理電鍍廢水是一種物理化學(xué)方法。在處理過程中同時存在物理過程和化學(xué)過程,以物理過程為主,化學(xué)過程一般以提高物理過程為目的。通過分子間力、離子交換或化學(xué)鍵吸附等過程實(shí)現(xiàn)電鍍廢水中重金屬的去除。這些作為吸附劑的物質(zhì)一般都具有量大、易得、低成本、易再生等特點(diǎn)[4],已引起了人們的關(guān)注[5]。研究表明:許多廢棄物是很有效的生物吸附劑,如橡膠碎屑、泥煤、玉米渣、椰子殼、煙煤、污泥灰、城市污泥、垃圾焚燒爐渣、飛灰、木屑、玉米棒、廢羊毛、堅(jiān)果殼、樹皮、褐藻、沸石改性硅藻土、改性膨潤土、改性海泡石、累托石等[6-7]。這些材料若不利用則需要進(jìn)行專門的處置。通過簡單經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理,將之應(yīng)用到電鍍廢水的處理中,不僅減少了廢棄物的處理量,同時實(shí)現(xiàn)了電鍍廢水的處理,達(dá)到“以廢治廢”的目的。

3　廢棄物處理電鍍廢水的應(yīng)用情況

3.1　城市污泥改性物處理電鍍廢水

城市污泥改性物是Cr(Ⅵ)的有效的吸附劑,并且原料來源充足,制備工藝簡單。經(jīng)改性加工后用于含Cr(Ⅵ)電鍍廢水的處理,可實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”、綜合利用的目的。夏暢斌等[8]研究了在靜態(tài)條件下以城市污泥改性物(MSMP)為吸附劑凈化含Cr(Ⅵ)廢水的實(shí)驗(yàn)。研究了含Cr(Ⅵ)廢水的pH值、質(zhì)量濃度、接觸時間和吸附劑的質(zhì)量濃度等因素對MSMP吸附Cr(Ⅵ)的影響;確定了MSMP凈化含Cr(Ⅵ)廢水的最佳條件:吸附時間為20 min,pH值為中性,Cr(Ⅵ)的起始質(zhì)量濃度不超過50 mg/L,溫度為30℃。結(jié)合實(shí)際操作,證實(shí)了MSMP可用于電鍍廢水中Cr(Ⅵ)的吸附處理。

3.2　城市污泥焚燒灰處理電鍍廢水

城市污泥灰(MSSA)除了富含硅鋁物質(zhì)外,還具有一定的比表面積和離子交換能力,可作為一種新型吸附劑。夏暢斌等[9]研究了MSSA對金屬離子的去除效果,考察了起始pH值、吸附劑的質(zhì)量濃度、金屬離子的質(zhì)量濃度和吸附時間對Cu(II)和Zn(II)去除率的影響。結(jié)果表明:MSSA對Cu(II)和Zn(II)具有較強(qiáng)的吸附性能,當(dāng)吸附達(dá)到平衡時的接觸時間為80 min,pH值為5.5~6.0,吸附劑的質(zhì)量濃度為15.0 g/L時,去除率在90 %以上。因此,MSSA對電鍍廢水的處理有很好的效果。

3.3　飛灰吸附處理電鍍廢水

垃圾焚燒發(fā)電廠的飛灰具有比表面積較大、來源廣、價格低廉等優(yōu)點(diǎn),且飛灰對重金屬有較強(qiáng)的吸附性能,可以去除電鍍廢水中的Cu(II),Pb(II),Zn(II),Cd(II)等重金屬離子,是一種理想、高效的吸附劑。方明中等[10]以垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的飛灰為吸附劑,就飛灰對電鍍廢水中Cu(II)的靜態(tài)吸附特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,著重探討了平衡時間、pH值、飛灰的質(zhì)量濃度、溶液的初始濃度等因素對Cu(II)吸附效果的影響。結(jié)果表明:當(dāng)Cu(II)的吸附平衡時間為2 h,pH值為6時,吸附效果最好,對Cu(II)的去除率可達(dá)到87.01 %。

3.4　粉煤灰處理電鍍廢水

粉煤灰主要是以煤為燃料的火力發(fā)電廠排出的固體廢物,是一種高分散度的集合體。它由大小不等、形狀不規(guī)則的粒狀體組成,具有較大的比表面積、吸附性能高等特點(diǎn)�；伊１砻娴蔫F、鋁通過酸浸激活可作為絮凝劑,灰粒又可作為絮凝劑的載體;而且酸浸后的粉煤灰比表面積增大,吸附性能提高;同時,粉煤灰來源廣、價格低廉,可以解決小型電鍍廠廢水處理資金不足等問題。羅榕梅[7]研究了利用酸浸粉煤灰聯(lián)合少量Fe(II)的方法處理電鍍廢水,分析了鹽酸的濃度、還原時間、pH值、絮凝時間、粉煤灰的質(zhì)量濃度、水樣的初始濃度等對電鍍廢水中的Cr(Ⅵ),Cu(II),Zn(II)和Ni(II)的去除率的影響。

實(shí)驗(yàn)以10 mL 1 mol/L的鹽酸浸泡0.5 g粉煤灰約5 min,聯(lián)合少量FeSO4處理200 mL電鍍廢水,快速攪拌2 min,然后用NaOH調(diào)節(jié)pH值至6~8,慢速攪拌15 min,靜置,取上層清液測定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):酸浸粉煤灰聯(lián)合Fe(II)對電鍍廢水的處理效果既優(yōu)于粉煤灰聯(lián)合Fe(II)的處理效果,又優(yōu)于原灰的處理效果。改變還原時間、絮凝時間、粉煤灰的質(zhì)量濃度及水樣的初始濃度對處理效果無太大影響。曾芳[11]利用鹽酸浸泡粉煤灰聯(lián)合Fe(II)的處理方法處理模擬電鍍廢水,分析了廢水的初始濃度、pH值、還原時間、絮凝時間以及粉煤灰的質(zhì)量濃度對模擬電鍍廢水中Cr(Ⅵ),Cu(II),和Ni(II)的去除率的影響。實(shí)驗(yàn)最佳條件:水樣4~6 mg/L,鹽酸1 mol/L,粉煤灰5 g,pH值8,絮凝15 min。其去除率分別是:Cr(Ⅵ) 97.3 %,Cu(II) 97.2 %,Zn(II)98.3 %,Ni(II) 92.6 %,平均去除率為96.4 %。大量實(shí)驗(yàn)證明:該法不僅能有效去除廢水中的Cr(Ⅵ)及其他金屬離子,而且絮凝體生成快,含水量少,污泥量小。

3.5　垃圾焚燒爐渣處理電鍍廢水

垃圾焚燒爐渣是城市垃圾焚燒后產(chǎn)生的固體廢棄物,其物理化學(xué)性質(zhì)取決于燃燒物體的性質(zhì)、燃燒方式以及燃燒溫度等,主要化學(xué)成分為SiO2和Al2O3,此外,還有少量CaO,Fe2O3和MgO等,呈堿性[12]。爐渣呈多孔蜂窩狀,有較大的比表面積,有一定的吸附能力,是一種廉價的吸附劑,對許多有機(jī)污染物及廢水中的重金屬離子均有良好的吸附能力。陳華林等[13]以垃圾焚燒爐渣為吸附劑,對電鍍廢水中Cu(II)的吸附特性進(jìn)行了研究,包括:吸附速率、解吸速率、吸附等溫線和連續(xù)柱吸附實(shí)驗(yàn)等。結(jié)果表明:爐渣對電鍍廢水中Cu(II)的吸附平衡時間和解吸平衡時間均為8 h;爐渣對Cu(II)的吸附等溫線為直線型,可用Henry型方程進(jìn)行擬合;連續(xù)柱吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,爐渣對電鍍廢水連續(xù)吸附55 h后吸附能力逐漸喪失,累計(jì)最大吸附量為921μg/g,而爐渣對人工配水連續(xù)吸附80 h后吸附能力完全喪失,累計(jì)最大吸附量為2 687μg/g。對爐渣進(jìn)行合理的加工和處理,能使之成為一種優(yōu)良的廢水處理吸附劑。

3.6　泥炭處理電鍍廢水

泥炭因其所含腐植酸類物質(zhì)對金屬離子有很好的吸附作用,可作為一種天然的凈化劑用于處理電鍍工業(yè)廢水[14]。泥炭凈水劑的研制和應(yīng)用為重金屬廢水處理提供了一種新方法、新材料。甄寶勤等[15]利用泥炭對含Cu(II)的電鍍廢水進(jìn)行了吸附研究。結(jié)果表明:泥炭對Cu(II)有較好的吸附效果,改性泥炭對Cu(II)的吸附比天然泥炭的效果更好;在溶液的pH值接近中性,停留時間為2 h時,泥炭對Cu(II)的吸附率可達(dá)88 %以上。由于泥炭原料豐富、價格便宜、制備工藝簡單、使用方便,因此,用泥炭作為凈化劑處理含重金屬離子廢水是一種好方法。利用泥炭處理電鍍廢水現(xiàn)已延伸至應(yīng)用微米泥炭處理技術(shù),效果較好。微米泥炭具有良好的微粒松散度、易于吸附,且具有離子交換性能,經(jīng)曝氣澄清時,微粒能迅速分離,具有良好的混凝性和沉降性。鄭重[16]應(yīng)用微米泥炭處理電鍍工業(yè)廢水的研究表明,采用微米泥炭材料,對電鍍廢水中含有的氰化物、鉻及重金屬離子類物質(zhì)具有良好的脫除效果;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)廢水處理后,其水質(zhì)均能達(dá)到GB 8978-1996標(biāo)準(zhǔn),同時,可以使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的硫酸對微米泥炭進(jìn)行再生利用。

4　展望

廢棄物用于處理電鍍廢水,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益,是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的一種典型模式,應(yīng)該加強(qiáng)其在環(huán)保各產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用研究。將廢棄物直接用于電鍍廢水的處理雖然具有一定的效果,但是處理深度不足。在以后的研究中應(yīng)該加強(qiáng)對廢棄物預(yù)處理的研究,通過對廢棄物的改性,使廢棄物的吸附性能、絮凝能力、機(jī)械強(qiáng)度等得到改善和加強(qiáng),進(jìn)而達(dá)到理想的處理效果[17-22]。對于如何對不同廢棄物進(jìn)行改性,將是該項(xiàng)技術(shù)的一個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

目前我國電鍍廢水的治理任務(wù)還很大,應(yīng)以循環(huán)利用為前提,以清潔生產(chǎn)為目的,以“以廢治廢”為根本出發(fā)點(diǎn),尋求來源廣、處理效果好的廢棄物吸附劑,通過簡單經(jīng)濟(jì)的改性,實(shí)現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。（谷騰水網(wǎng)）