稳定达标废水处理新工艺
 
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铁氧体法处理电镀废水实验研究
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  来源:慧聪表面处理

彭丽花,董佳

(北京理工大学珠海学院环境科学与工程学院,广东珠海519085)

  慧聪表面处理网:[摘要]采用铁氧体法处理未达标的电镀废水,研究在不同的操作条件下,铁氧体法去除电镀废水中各重金属离子的效果;研究结果表明: 当FeSO4投加量12,废水pH为10,停留时间为45min时,总Cr、Cu2+、Ni2+平均去除率基本稳定在92%、88%、85%,处理后废水中总Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别为0.075、0.30、0.035mg/L,达到国家一级排放标准;处理成本仅为0.25元/t,是一项技术可行、经济合理的电镀废水处理技术。

[关键词]电镀废水;铁氧体;达标排放

[中图分类号]X5 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)11-0107-02

  电镀行业是当今世界最主要的重金属污染源,其中包含的重金属离子会严重的污染环境,破坏生态平衡,威胁人们的身体健康,随着公众环保意识的逐渐深入,国家对电镀废水排放水质设定了严厉的标准,而且近年来环保部门执行法规的力度也在逐年加强,因而电镀废水的处理必须采取严格的方法,保证废水的达标排放;目前,电镀废水处理的工艺一般是化学沉淀法,但由于操作和药剂原因,此工艺出水往往不能达标排放,针对化学沉淀法处理后仍不能达标排放的电镀废水,实验采用铁氧体沉淀法深度处理,该法可以有效的去除废水存在的多种重金属离子,确保废水的达标排放。

1·实验部分

1.1进水水质水量

待处理水为惠州某电镀公司二级处理后的排放废水,废水中含有一定量的有机物,重金属离子仍具有价高浓度,为不达标废水,具体数据如表1所示。

1.2实验仪器和药品

  所用的实验仪器设备有:9个500mL烧杯、玻璃棒、一台微孔曝气机、胶头滴定管;测试设备包括分光光度计、COD消解仪、便携式TDS计、便携式酸度计等;所需药品包括:无水FeSO4、FeCl3、稀硫酸、稀氢氧化钠溶液。

1.3实验方法

  实验主要研究pH、投加量、投药比对铁氧体法处理重金属离子废水工艺性能及去除率的影响;采用九只500mL烧杯,分别装满二级排放的电镀废水,先固定投加量为12,停留时间为45min,并曝气;用稀硫酸或稀氢氧化钠溶液调节废水pH从4~12,观察pH对铁氧体去除总Cr、Cu2+、Ni2+等重金属离子的影响,并探索最佳pH;在最佳pH下,然后分别调节投加量和停留时间,观察它们对铁氧体去除重金属离子的影响,并探索各自的最佳值,反应均在70℃恒温水浴中。

1.4检测分析方法

  测试指标分别为Cu2+、Ni2+、总铬、CODCr、pH,均采用《水和废水监测分析方法》第四版中规定的方法进行检测。

2·结果与讨论

2.1FeSO4投加量对重金属离子去除率影响

  铁氧体法处理重金属废水工艺是指向废水中投加铁盐,通过调节废水pH和温度,使投进废水中的铁盐形成各自的沉淀物质,而废水中的各种重金属离子取代沉淀物晶格中的Fe3+、Fe2+,再采用固液分离手段,达到去除重金属离子目的,由此可见,FeSO4投加量(以投加的FeSO4对重金属离子的比值表示)对重金属离子去除率产生巨大影响;如图1所示。当调节废水pH和停留时间分别为9~10.5和45min,废水中总Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别为1、3、0.3mg/L时;逐渐增大FeSO4投加量时,Cr、Cu2+、Ni2+平均去除率在不断升高,而后增大趋势变缓;当投加量为7时,Cr、Cu2+、Ni2+平均去除率仅分别为71%、62%、55%,处理后废水水质不能达到国家排放标准,当投加量增大为11~13之间时,Cr、Cu2+、Ni2+平均去除率分别升高到92%、88%、85%,处理后浓度分别为0.08、0.36、0.045mg/L,出水水质合格;继续增大FeSO4投加量时,三种重金属离子去除率增势均不明显;投加入的部分Fe2+会在曝气和搅拌的作用下被氧化成Fe3+,并继而形成新的氧化体FeO·Fe2O3,并最终取代重金属离子,但这种铁氧化物的形成,与Fe3+/Fe2+比值有很大的关系,随着FeSO4投加量的不断增加,Fe2+不断别氧化成Fe3+,Fe3+/Fe2+比值也在不断增大,去除率也在逐渐升高,但由于烧杯内的重金属离子浓度毕竟有限,因而继续增大投加量对提升重金属离子去除率作用不明显,同时也不经济,综合考虑经济和技术的因素,选定投加量为12。在废水浓度基本不变的情况下,当调节进水pH为10、FeSO4投加量为12,停留时间为45min时,处理后的水质情况如表2所示。

从表2可以看出,处理后废水水质合格,完全满足国家一级排放标准。

2.4经济成本分析

  本实验成本主要来自投加的药剂FeSO4和稀硫酸,FeSO4价格低廉,投加量约为0.2元/t,稀硫酸可以用工业生产过程中产生的一些废酸代替,成本约为0.05元/t,总成本为0.25元/t。

3·结论

  (1)随着FeSO4投加量的不断增大,废水中Fe2+转化成Fe3+,形成氧化体FeO·Fe2O3,重金属离子去除率也在不断增大,当投加量>12以后时,总Cr、Cu2+、Ni2+平均去除率基本稳定在92%、88%、85%。

  (2)随着废水pH不断升高,氧化体FeO·Fe2O3形成速度加快,重金属离子去除率也在不断攀升,当pH为10时,总Cr、Cu2+、Ni2+去除率达到最大值,分别为90%、86%、84.5%。

  (3)停留时间对重金属离子去除的影响在于改变铁氧化物FeO·Fe2O3与重金属离子的反应效果,当停留时间为45min,效果最好,废水中的总Cr、Cu2+、Ni2+反应相对完全。

  (4)铁氧体法能够处理包含多种重金属离子的电镀废水,且效果好去除率高,在合适的操作条件下,处理后废水中总Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别为0.075、0.30、0.035mg/L,且成本低廉,仅为0.25元/t。

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2.2pH对重金属离子去除率的影响

  在固定FeSO4投加量为12,停留时间为45min,当调节烧杯内废水的pH为4时,铁氧体工艺对Cu2+、Ni2+、总铬去除率分别仅为15%、20%、30%左右,当调节废水pH从酸到碱的过度时,重金属离子去除率均在不断升高,但去除三种重金属离子最适宜的pH各不相同,从图中可看出,总Cr最适宜的pH范围为8~10之间,Ni2+去除最适宜pH范围大于9,Cu2+离子最适宜pH范围大于10,此时Cu2+、Ni2+、总铬平均去除率分别为84.5%、86%、90%;铁氧体法去除重金属离子的第一步在于投加的铁盐形成相应的沉淀物和铁氧体,因而调节废水pH为强碱性条件是铁盐沉淀的关键性步骤,并在曝气的条件下下被氧化,从而形成铁氧体去除重金属离子,随着pH的不断增大,并超过10以后,铬更容易形成细小的沉淀物而不发生铁氧体盐的取代,因而去除率降低,但Cu2+、Ni2+受干扰较小;因而本实验所选用的适宜的pH为10。

2.3停留时间对重金属离子去除的影响

  停留时间对重金属离子去除的影响在于改变铁氧化物FeO·Fe2O3与重金属离子的反应效果;在调节废水pH为10,FeSO4投加量为12,预处理废水中总Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别为1、3、0.3mg/L时,停留时间对重金属离子去除率的影响如图3所示。

  随着停留时间的延长,上清液中残留的重金属离子浓度越低,去除效率越高;当停留时间为20min时,上清液中Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别为0.4、2、0.22mg/L,残留浓度很高,当时间延长至45min,发现废水中Cr、Cu2+、Ni2+平均浓度分别降为0.08、0.42、0.04mg/L,废水中重金属离子浓度符合国家一级排放标准,继续延长时间,废水中重金属离子浓度降低的趋势不明显。

  从图3可以看出,形成的铁氧化物FeO·Fe2O3与废水中重金属离子的反应速度相对较慢,需要较长的时间才能达到反应平衡,45min之后在烧杯底部发现了褐色的沉淀,颗粒较细,沉淀效果较好;综合考虑,选择45min为烧杯实验的停留时间。

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