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电镀废水设计及工艺

By www.jorsun.com.cn - 10.29,2015

 采用高压脉冲电凝-硅藻精土新技术、新工艺应用于2000t/d电镀混合废水改造工程,Cr6+,Ni2+,Cu2+的去除率分别达到99.77%,99.90%和~100%,各项指标均达到了排放标准。该工艺与传统的化学法比,具有处理能力强,速度快,占地省,操作方便,运行可靠,投资省,处理成本低的特点。
关键词:高压脉冲电凝 硅藻精土 电镀综合废水 

一、前言
目前,我国某些地区的重金属污染是比较严重的,究其原因是因为电镀厂家多且分散,废水实际达标排放率不高造成的。重金属离子如六价铬、镍、铜、锌、镉等具有很强的毒性,对人、动物和农作物等会造成严重的危害,因此电镀废水超标排放对环境的影响是十分严重的,必须引起高度重视。
目前国内外治理电镀废水使用的几种方法中,铁氧化法原料方便、价廉,但出水色感差、污泥量大;电解法投资大、耗电多、不经济;离子交换法和薄膜法水质好,但再生、更换树脂和膜片操作复杂,不易掌握。从诸方法中比较,化学法是较为成熟可靠的处理工艺,但自动化程度要求高,工艺流程较复杂,必须按铬系、氰系、酸碱、油、磷等分类处理后再进行综合处理,设备多,工艺流程长。另外化学法必须投加多种药剂,造成操作繁琐、废渣量大。针对这些问题,我们提出了采用提出了高压脉冲电凝-硅藻精土电镀综合废水处理的新工艺和新技术,并在浙江益荣汽油机零部件有限公司得到成功应用。

二、工程概况
1、 工艺流程和处理设备
浙江益荣汽油机零部件有限公司电镀综合废水排放量为2000t/d,排放标准执行(GB8978-96)《污水综合排放标准》中表1和表2中的一级排放标准。原废水处理系统采用化学法工艺,因电镀生产工艺无法分流各类废水且原废水中重金属离子浓度高,使得原处理系统没有达到设计目标。表1为实测的原废水水质指标。
表1 原废水水质
项 目 pH CODCr(mg/L) Cr6+(mg/L) Ni2+(mg/L) Cu2+(mg/L)
平均值 2.13~10.65 348.5 28.6 362.3 5.0
变化范围 142~871 14.5~63.6 115~985 1.18~15.7
改造后的废水处理系统采用了高压脉冲电凝-硅藻精土新工艺,工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

高压脉冲电凝机是工艺中的关键设备,共添置4台,3用1备,单台处理能力30t/h,电凝槽净尺寸为3000×3000×3000mm。混凝反应沉淀池利用现有设备,增加1台硅藻精土干粉加药装置,并更新PAM投加设备。
2、 处理效果
2004年元月5日开始系统试运行,2004年12月27日-28日,环境检测站对该改造工程进行了验收监测。结果见表2。
表2 电凝机出口及总排口水质监测结果
监测点位 pH Cr6+(mg/L) Ni2+(mg/L) Cu2+(mg/L)
电凝机出口 平均值 4.32~5.83 0.018 91.66 2.23
变化范围 0.014~0.020 67.4~161 1.60~2.85
去除率(%) 99.94 74.8 55.4
总排口 平均值 6.72~7.34 0.066(注1) 0.68 <0.05
变化范围 0.055~0.093 0.058~0.88 <0.05
去除率(%) 99.77 99.90 ~100
注1: 总排口Cr6+的浓度高于电凝机出口,主要原因是清水池、排放口以及管道沟渠中积存的污泥中的Cr6+释放所致。
3、 处理成本
直接运行费用为1.65元/t废水,其中:电费0.5元/t废水,极板消耗0.7元/t废水,酸、碱、PAM、硅藻精土等药剂费0.45元/t废水。加上维修和折旧,处理成本约为2元/t废水。

三、高压脉冲电凝和硅藻精土作用原理
1、 高压脉冲电凝技术作用原理
该技术突破传统的低电压、大电流之电解法,而采用高电压小电流——高压脉冲电凝法(HVES)。该法乃采用电化学原理,借助外加高电压作用产生电化学反应,把电能转化为化学能,经单一电凝设备即可对废水中的有机或无机物进行氧化还原反应,进而凝聚、浮除,将污染物从水体中分离,可有效地去除电镀综合废水中的Cr6+,Zn2+,Ni2+,Cu2+,Cd2+,CN,油,磷酸盐以及COD,SS与色度。
高压脉冲电凝设备系可溶性金属铁为极板,废水进入电凝机在直流电的作用下,水溶液离解为H+与OH-。电凝机无需加药的每个电解单元发生如下反应。
1.1 还原反应可去除Cr6+、色度
阴极上发生还原反应,产生氢分子。
2H+2e→2H→H2↑
此种新生态(H)既有很强的还原能力,可将六价铬还原成三价铬,并以氢氧化铬沉淀去除。对于许多以氧化态成分为主的色素染料可将其还原为无色物质,而将废水中色度去除。
Cr2O72-+6e+14H+→2Cr3++7H2O
CrO42-+3e+8H+→Cr3++4H2O
Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓
1.2 除重金属离子
重金属离子与电解水中的OH—生成金属氢氧化物,形成固态沉淀。
Cu2++2OH–→Cu(OH)2↓
Ni2++2OH–→Ni(OH)2↓
Cd2+2OHˉ→Cd(OH)2↓
Zn2++2OH–→Zn(OH)2↓
1.3 氧化反应可去除COD及CN—
阳极板主要反应:
Fe -2e→Fe2+
4OH–- 4e→2H2O+2O→2H2O+O2↑
阳极产生的新生态[O]具有很强的氧化能力,可以氧化水中有机或无机化合物,去除水中的COD。阳极上由于放出新生态(O)作为氧化剂,氧化CN—,将氰根破除。
CN—+ 2OH -2e→CNOˉ+ H2O
2CˉNO-+4OH-6e→2CO2+N2+ H2O
1.4 除磷
铁极板受电化学作用析出的Fe2+被氧化成Fe3+和磷酸根反应沉淀,而且能与其它金属形成共沉淀,达到最好的除磷效果。
Fe3+PO43–→FePO4 ↓
1.5 混凝作用去除SS
金属极板在阳极板上离解出Fe2+与氧反应生成Fe3+,产生Fe(OH)3沉淀。
Fe2++2OH—→Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓
上述反应产生的Fe(OH)3活性很强,能与水中有机和无机杂质凝聚产生胶羽,以除去废水中的悬浮物,比铝盐、铁盐之混凝剂对废水中的悬浮物以及难于沉淀的细微离子等凝聚去除的效果更好。
1.6 浮除作用去除油脂和胶体
在电凝过程中,阳极与阴极表面不断产生氧气和氢气,并以微细气泡逸出,可以粘附于废水中的絮状物及油类物,令其密度变小而浮至水面,产生气浮作用。它比传统气浮法用释放器溶气水产生的气泡微小,效果更强。
2、 硅藻精土技术在电镀废水处理中的作用
由于经过电凝技术处理后的上清液受到pH值的影响,仍然会存在着一些重金属离子如Ni2+,Cu2+等。一般情况下,为了进一步去除这些重金属,常规的方法是加碱提高废水的pH值至9.5或更高,然后再加酸将pH值调至6~9。但如加入硅藻精土处理剂,pH值在7.5左右时,即可获得很高的重金属离子去除率。在实际工程中本单元的Ni2+去除率达到99.925%,Cu2+出水小于0.05mg/L。
硅藻在精选过程中把与硅藻共生的杂质分离除去,这样使硅藻表面本已平衡的电位形成不平衡电位,在水处理时,硅藻精土处理剂被微量加入污水中后,在高速搅拌,或抽吸污水的泵机叶片旋转下,瞬间散于水体之中,硅藻表面的不平衡电位能中和悬浮粒子的带电性,使其相斥电位受到破坏而与硅藻形成缪羽,产生电位中和与沉淀作用,凝集成较大的絮花,借重力沉淀至底部,加上硅藻巨大的表面积,巨大的孔体积和较强的吸附力,把金属离子吸附到硅藻表面,形成链式结构。由非晶体活性二氧化硅组成的硅藻,具有在水体中相聚和自由沉降为硅藻絮团的性能。再加上硅藻精土被改性后产生的絮凝作用,加快了硅藻絮团的沉积速度,能在很短时间内下沉与水体分离,从而起到去除重金属离子的作用。

四、工艺技术特点及先进性
(1)电镀线上产生的各类污水可集中到一个废水调节池,不同于化学法对不同废水分别进行处理。这是由于电凝系统对电镀综合废水中的有机物和无机污染物具有还原、氧化、中和、絮凝、浮除分离等功效,完成混合废水的处理。
(2)废水处理系统工艺流程简短,设备占地小,一次性投资少。
(3)对电镀生产线产生的各类污染物有相当的安全系数及抗冲击负荷能力。当废水水质量变化时,调整灵活,应变快速。
(4)高压脉冲电凝法突破传统电解法固定使用极板,设备可定期自动将阴阳极板互换与活化。可撕裂极板钝化膜,彻底解决了极板钝化这一国内外电解设备普遍存在的问题。不仅两极板互换延长了电极寿命,减少耗材,而且省电,仅为普通电解法的1/15~1/20。
(5)自动化程度高。处理系统可实现pH、ORP、液位等自动控制和自动加酸、加碱、加药等。
(6)运行费用低。综合处理成本约为2.0元/废水,仅为化学及其它处理方法的1/5~1/3。

五、结论和讨论
(1)高压脉冲电凝-硅藻精土电镀综合废水处理的新工艺和新技术工艺流程简单,处理电镀综合废水能力强,速度快,占地省,操作方便,运行可靠,处理成本低。
(2)处理出水不仅达标排放标准,且可部分回用与生产,节约水资源,具有良好的环境和经济效益。
(3)从目前工程运行的经验来看,控制适当的废水pH值进入电凝机十分关键,最佳pH值为3~5,pH高于6时电极极板易钝化,并影响到处理效果。
(4)废水水质变化时,电凝机的电流必须作相应的调整,目前还只能人工控制,因此尚需进一步深入研究,以便实现完全自动化控制,确保处理效果。