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含鉻電鍍廢水處理技術(shù)

含鉻廢水電鍍廢水是對環(huán)境人體健康危害最為嚴重的工業(yè)廢水之一。電鍍含鉻廢水，則包括鍍鉻清洗水、各種鉻鈍化清洗水、塑料電鍍粗化工藝清洗水等國內(nèi)外有關(guān)研究人員先后采用化學(xué)沉淀、活性炭吸附、電解、離子交換和膜分離等方法處理電鍍廢水，但這些方法不同程度地存在投資大、運行費用高、處理后的廢水難以穩(wěn)定達標排放等問題。本文將微電解，F(xiàn)enton 氧化與生化法相結(jié)合應(yīng)用于含鉻電鍍混合廢水治理，取得較好的處理效果，出水水質(zhì)達到(GB 21900-2008)電鍍污染物表三標準的要求，且不存在二次污染問題。

1 試驗理論基礎(chǔ)

微電解法是將鐵屑-炭粒浸泡在電解質(zhì)溶液中形成無數(shù)微小的腐蝕原電池，新產(chǎn)生的Fe 表面及反應(yīng)中產(chǎn)生的大量新生態(tài)的Fe2+和[H]具有較強的活性，能改變廢水中許多有機物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機物發(fā)生斷鏈、開環(huán)等作用。對于重金屬離子如Cu2+、Ni2+的廢水，F(xiàn)e 能直接將其置換而沉積在表面，構(gòu)成新的原電池，強化微電解作用。此外Fe2+在[H]的作用下可以將偶氮鍵斷裂，F(xiàn)e2+起到還原劑的作用。最后通過調(diào)節(jié)pH 將廢水中的金屬離子以氫氧化物的形式沉淀。

微電解反應(yīng)中產(chǎn)生了大量的Fe2+和投加的H2O2 在酸性條件下構(gòu)成Fenton 試劑。在Fe2+的催化作用下，F(xiàn)enton 反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的OH·，來達到降低電鍍廢水中難降解有機物含量，提高生化性的預(yù)處理目的[5-6]。這樣既規(guī)避了單一方法如鐵炭微電解法對COD 去除率不高，F(xiàn)enton 氧化法藥劑費用太高等缺點，而且運行簡便，維護簡單，符合高效經(jīng)濟原則。

2 數(shù)據(jù)分析與討論

2.1 試驗水質(zhì)

該廢水來自于深圳五金塑膠電鍍工廠生產(chǎn)過程中所排放的廢水，廢水排放量為100 t/d，具有高濃度、高電導(dǎo)率、高酸度的特點。如表1 所示。

2.2 鐵炭微電解預(yù)處理實驗

2.1.1進水pH 對出水中Cr6+質(zhì)量濃度的影響

在廢水中Cr6+質(zhì)量濃度為50 mg/L、廢水停留時問為30 min的條件下，考察進水pH 對出水中Cr6+質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖1，當進水pH 小于4 時，出水中Cr6+質(zhì)量濃度保持5 mg/L以下；若進水pH 很低，會增加鐵屑的用量，而且在后續(xù)反應(yīng)中產(chǎn)生較多廢渣，增加廢水處理成本。因此選擇進水pH 為3 左右。

2.2.2停留時間對重金屬離了質(zhì)量濃度的影響

在進水中Cr6+和Cu2+的質(zhì)量濃度分別為50 和35 mg/L、廢水pH 為3 的條件下，考察廢水在鐵炭微電解柱中的停留時問對重金屬離了質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖2：廢水在鐵炭微電解系統(tǒng)中的停留時間過短，不能很好地發(fā)揮微電解反應(yīng)的作用；而停留時間過長，雖然氧化還原、絮凝吸附等進行得較完全，但廢水pH 升高，使濾料表面鈍化得較快，同時停留時間過長會導(dǎo)致出水中鐵含量增加，影響出水色度；當廢水停留時問約為30 min 時，出水中Cr6+和Cu2+的質(zhì)量濃度均較低，再繼續(xù)延長停留時問，金屬離子質(zhì)量濃度降低不明顯。因此，選擇廢水在鐵炭微電解柱中的停留時間為30 min。

試驗用鐵屑的堆積密度在2.75~2.89 g/cm3 之間，活性炭的堆積密度為0.45 g/cm3。不同鐵炭體積比對COD 去除率的影響見圖3，隨著鐵炭比的增加，COD 去除率是先增加后減小，當鐵炭比在1 附近時，COD 去除率達到最大。當鐵炭比過大時，原電池數(shù)量不夠，鐵屑與氫離子直接反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和Fe2+，產(chǎn)生的新生態(tài)[H]較少，導(dǎo)致去除率下降；當炭量過大時，鐵屑與活性炭的接觸面積減少，發(fā)生原電池反應(yīng)的數(shù)目也相應(yīng)減少，電極反應(yīng)速率下降，從而導(dǎo)致去除率也下降。最后確定最佳的鐵炭體積比為1∶1。

2.2.3 H2O2 投加量的確定

根據(jù)微電解的試驗結(jié)果，各取鐵炭出水100 mL，投加不同量的30 % H2O2(0.6 mL，0.8 mL，1 mL，1.2 mL，1.4 mL)。微電解反應(yīng)結(jié)束后，廢水中含有的Fe2+，與投加的H2O2 反應(yīng)形成Fenton試劑，產(chǎn)生氧化性極強的OH·，OH·能氧化分解難降解的有機污染物，將大分子有機物斷鏈為小分子或氧化分解為CO2 和H2O，降低有機污染物的濃度。如果H2O2 投加過量，H2O2 直接將Fe2+氧化成Fe3+，發(fā)生的并不是Fenton 反應(yīng)，如果H2O2 投加過小，形成的Fenton 反應(yīng)數(shù)目較少，反應(yīng)不徹底，從圖4 可以看出，投加H2O2 為10 mL/L 時，COD 的去除率達到50 %以上，隨著H2O2的增加COD 的去除率上升不大，因此H2O2 的最佳量為10 mL /L。

2.2.4反應(yīng)時間的確定

Fenton 試劑反應(yīng)時，不僅與H2O2/Fe2+有關(guān)，還與反應(yīng)時間有關(guān)，足夠的反應(yīng)時間能保證對有機物氧化分解更徹底，從圖5 可看出，隨著時間的延長，COD 去除率緩慢的波動，變化幅度在±1%之間，考慮到反應(yīng)時間的一再延長并不能引起COD 去除率的持續(xù)增加，最佳反應(yīng)時間按90 min 計，COD 的去除率達到51 %以上。

2.2.5處理前后可生化性比較

選擇前面所確定最優(yōu)參數(shù)做試驗，比較處理前后廢水可生化性大小，結(jié)果如圖6。從圖中可以看出廢水的可生化性由原水0.08提高到處理后的0.38，與鐵炭微電解法相比，提高了0.12，由此說明鐵炭微電解-Fenton 氧化法聯(lián)合應(yīng)用時，電鍍廢水的可生化性得到了顯著的提高，為生化處理提供了適宜的基質(zhì)和環(huán)境條件。

2.3 生化反應(yīng)

2.3.1菌種馴化與培養(yǎng)

本項目取某市政污水處理廠濃縮池污泥裝入生物接觸氧化池，在悶曝過程中，每隔12h 更換上清液一次，繼續(xù)曝氣。從第5 天開始間歇進水，并逐步提高進水量。8 d 后在軟性填料上開始掛有微生物菌膠團和大量游離細菌，繼而改間歇進水為連續(xù)進水，15 d 后出水清澈，生物膜變厚，說明馴化完成，掛膜成功。運行結(jié)果如圖7 所示，COD 去除率己穩(wěn)定在70 %以上。

2.3.2停留時間對廢水處理效果的影響

廢水在生物反應(yīng)池中的停留時問對Cr6+，Cu2+，COD 去除率的影響見圖8。在停留時間為2~8 h 時，隨著停留時問的延長，生物反應(yīng)器內(nèi)Cr6+，Cu2+，COD 的去除率不斷增加；當廢水在生物反應(yīng)器中的停留時問超過4 后，3 種污染物的去除率逐漸趨于平緩，再延長停留時問，對提高Cr6+，Cu2+，COD 去除率的作用較小。因此，廢水在生物反應(yīng)器中的停留時間為4 h。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.4 整體處理效果

該聯(lián)合工藝自投入使用后，運行穩(wěn)定，處理效果較好，各工藝單元處理后的指標及總出水各項指標見表2。經(jīng)該聯(lián)合工藝處理后的廢水出水各項指標均符合《電鍍污染物排放標準》(GB21900-2008)表三標準的要求。

3 結(jié)論

(1)鐵炭微電解與Fenton 試劑法有效結(jié)合預(yù)處理含鉻電鍍廢水，可以利用微電解產(chǎn)生的Fe2+與投加的H2O2 形成Fenton 試劑，產(chǎn)生氧化性極強的輕基自由基，不僅能有效地預(yù)處理染料工業(yè)廢水，而且節(jié)省了藥劑，降低了運行成本。

(2)鐵炭微電解-Fenton 試劑聯(lián)合工藝對含鉻電鍍廢水進行預(yù)處理后，降低廢水的有機物含量，可生化性(BOD/COD)顯著提高，為生物處理工藝提供適宜的運行環(huán)境，為實際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和分析根據(jù)。

(3)實驗得出的鐵炭微電解-Fenton 氧化-生化法廢水處理最佳工藝條件：進水pH 約為3、鐵炭微電解Fe/C 體積比1∶1，停留時間30 min；Fenton 氧化反應(yīng)時間90 min，生化停留時問為4 h。

(4)在最佳工藝條件下，廢水經(jīng)鐵炭微電解-Fenton-生化法連續(xù)處理后，出水中Cr6+，Cu2+和COD 的質(zhì)量濃度達到了《電鍍污染物排放標準》(GB 21900-2008)表三標準的要求。