电芬顿-吸附还原沉淀组合工艺处理电镀废水研究

电芬顿-吸附还原沉淀组合工艺处理电镀废水研究
张  征 1，王惠丰 2 （1.华电水务工程有限公司，北京 100035；2.沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110870）

摘  要：电镀综合废水成分更加复杂，而新颁布的排放标准更为严格，这导致传统处理工艺存在 困难。本研究采用电芬顿-吸附还原沉淀组合工艺，在试验验证基础上进行了方案设计和成本分析。 结果表明，电芬顿-吸附还原沉淀组合工艺处理电镀综合废水可确保出水水质稳定达到《电镀污染 物排放标准》 （GB21900-2008）中表 3 要求，与传统工艺相比具有投资低、运行成本低等优点， 具有推广应用价值。 关键词：电芬顿；XHC 法；电镀综合废水 中图分类号：X703      文献标识码：A       文章编号：1008—6129（2013）01—0056—04

一、前言 我国电镀行业存在企业分散、布局不合理等特点，导致污染防治困难[1]。近年来，在国家政策引导下 各地积极推动电镀产业园区建设，在电镀行业环境保护方面发挥了重要作用[2]。电镀产业园区建设有效地 推动了污染治理的集约化，但也导致园区综合废水成分更加复杂，而《电镀污染物排放标准》 （GB21900-2008）对排放水质却提出了更高的要求，这导致此类电镀综合污水达标排放更加困难。现有 的电镀废水治理工艺在处理电镀综合废水具有如下问题：第一、由于综合废水中含有氰、有机酸等络合 物，导致镍、铜、镉等金属络合物破络困难，从而使化学沉淀工艺难以确保出水水质达到新标准的要求， 而采用传统方法破络会造成运行成本极高；第二、新型药剂系统如各类重金属捕集剂、破络剂等价格昂 贵，导致运行成本较高，并且缺乏成熟的工艺和控制参数，不能确保水质稳定达标；第三、以膜处理技 术为核心的所谓“零排放”工艺确实可以回收部分水资源，但预处理要求极高，并且存在水收率不高、浓 水排放、膜污染等问题。综上所述，研究开发一种确保排放水质稳定达标、工艺及运行维护简单、运行 成本低的电镀综合废水治理工艺对当前电镀行业发展具有重要意义。 本文在原有工作基础上，通过水质分析和试验研究提出了电芬顿 –XHC 组合工艺治理电镀综合废水 思路，并据此进行了方案设计和成本分析，为电镀综合废水治理提供了有益的借鉴。 二、工艺原理     1．电芬顿工艺原理 电芬顿是一种通过电解生成芬顿试剂的新型水处理技术。按照亚铁和双氧水生成方式，电芬顿可分 为 EF-FeRe 法、EF-FeOx法、EF-H2O2-FeRe 法和 EF-H2O2- FeOx法[3]。本文选择效率最高、适宜规模化应 用的 EF-FeOx法作为电芬顿反应机理，具体反应过程如下： （1）电解反应 电芬顿催化剂 Fe2+由直流电解阳极溶解产生，可免除试剂配制操作，并利于精确控制亚铁投加量， 降低运行成本。其电解过程如下：     阳极反应：Fe－2e→Fe2+ 阴极反应：2H2O＋2e→H2↑＋2OH- （2）芬顿试剂反应过程以电解产生的 Fe2+为催化剂，在酸性条件下加速 H2O2分解反应，生成具有高反应活性的羟基自由基[4]：
-322 2 HO HOFeOHFe + •+→+ ++                                                   (1)  HHOFeOHFe 2 2 22 3 + ++ + •+→+                                                     (2) -32 OHFeFe +→•+ ++ OH                                                          (3) +++ ++→+• H OFeFeHO 2 23 2                                                       (4) OHHOOHOH 2222 +•→+•                                                         (5)  3 22 2 Fe HOHOFe + −+ + →•+                                                           (6) 羟基自由基的氧化还原电位高达 3.07，因此具有极强的氧化能力，几乎可以和所有还原性物质发生 链式反应，破坏其结构。 2．XHC 工艺原理 XHC 工艺[5-6]是沈阳庭宇环保科技有限公司吴振庭高级工程师发明的混合重金属废水治理工艺，其反 应原理如下： ↓+↓⎯ ⎯→⎯++ −++ n pHn OH MeOHCrXHCMeCr ) ()( 3 986 式中：Men+：Cr3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、3+、Al3+等金属离子 XHC 试剂可有效还原六价铬离子，并几乎能与所有重金属离子生成沉淀，使其达到排放标准。 3．电芬顿-XHC 工艺处理电镀综合废水机理 电芬顿不仅可以有效氧化络合物中的氰化物和有机物实现破络，而且可以有效降解有机物、氨氮等 污染物，并将有机磷（磷化处理试剂）转化成正磷酸，然后与铁生成难容沉淀加以去除，从而实现 COD、 氮、磷达标。 在破络基础上，利用除铬灵（CGL-X）药剂的吸附、还原和沉淀作用可去除游离态重金属离子和绝 大部分稳定常数不高的络合金属离子，确保混合废水重金属离子稳定达标。 三、试验验证 为了验证电芬顿-XHC 组合工艺处理电镀综合废水的效果，本研究选取了具有代表性的无锡某电镀厂 废水进行了试验研究，采用沈阳工业大学环境工程中心实验室自制的间歇性反应器进行批次试验。试验 过程如下：取 1L 电镀废水置于反应器内，进行电解氧化反应，至白色沉淀生成；继续电解，至白色沉淀 不再生成，然后投加适量氧化剂至溶液变红，反应一定时间；反应结束后投加少量 XHC 药剂，搅拌反应 后加碱中和至 pH 值 8-9，沉淀过滤，测定滤液各指标。原水指标和处理结果见表 1。 表 1  电芬顿-XHC 组合工艺处理电动综合废水试验结果 指标 单位 原水 出水 检测方法 pH 值  3.5 8.52 pH 电极法 COD mg/L 780 34 仪器快速测定法 磷 mg/L 165 0.2 重量法 色度 倍 40 0 稀释倍数法 SS mg/L 560 10 重量法 镍 mg/L 65.3 0.08 丁二酮肟分光光度法
总铬 mg/L 81.7 未检出
苯基代邻氨基苯甲酸容量法（原水） 二苯碳酰二肼分光光度法（出水） 铜 mg/L 51.8 0.06 试亚铜灵分光光度法 锌 mg/L 95.2 未检出 锌试剂光度法
氰化物 mg/L 18 未检出
硝酸银滴定法（原水） 异烟酸-吡唑啉酮比色法（出水）
备注：为了确保处理效果的真实性，以上数据为三次试验均值。
由试验可以看出，电芬顿-XHC 组合工艺可确保电镀综合废水出水水质稳定达到《电镀污染物排放 标准》（GB21900-2008）中表 3 要求，表明该工艺对于治理电镀混合废水具有良好效果。 四、方案设计与效益分析     1．方案设计 根据上述试验过程及参数，拟定了电芬顿-XHC 组合工艺处理电镀综合废水方案，具体流程如图 1 所 示。
调节池 电解系统 泵  Fenton反应池  双氧水 CGL-X 液碱   沉淀池 中间水池 管式过滤器 泵 进水 达标排放
污泥池   泵  板框压滤机   螺杆泵   外运    滤渣回流
图 1  电芬顿-XHC 组合工艺处理电镀综合废水流程 电镀综合废水自流进入调节池调节水质水量后由泵打入电解系统，通过直流电解产生催化剂 Fe2+； 电解后废水进入芬顿反应池投加 H2O2进行氧化反应破络、同时去除有机物；反应结束后投加 XHC 进行 吸附还原沉淀，投加液碱调节 pH 值 8-9 后，进入沉淀池进行沉淀分离；沉淀上清液自流进入中间水池， 经泵打入精密管式过滤器过滤，滤液达标排放。 过滤滤渣在反冲洗压力下回流至沉淀池进行再次分离；而沉淀产生的泥渣由泵打入污泥池，通过螺 杆泵打入板框压滤机脱水后外运。 2．投资估算 根据上述流程，本研究进行了详细设计，并按照不同处理规模进行了投资估算，不同规模条件下吨 水投资见表 2。 表 2  电芬顿-XHC 工艺在不同规模条件下吨水投资 处理规模（m3/d） ≤500 500-2 000 ＞2 000 吨水投资（万元/m3） 3 000-3 500 2 400-3 000 1 500-2 400 注：本投资分析是基于相应水质参数和工艺流程拟定，根据具体项目应进行详细预算。
3．运行成本分析 （1）化学品消耗 化学品消耗见表 3 所示。
表 3  电芬顿-XHC 工艺处理电镀综合废水化学品消耗 消耗场合 名  称 单价（元/kg） 运行成本（元/m3） 备注 铁 4 0.8  酸 0.35 0.05 补充用 双氧水 0.95 4.05  电芬顿 液碱 0.6 1.32  XHC XHC 4.5 2.25  合计 8.47  注：药剂用量按照设计水质满负荷计算；化学药品价格会依据市场价格而有所变动。
（2）电耗按电费 0.7 元计算，吨水电耗为 0.8 元。 五、结论 本研究通过试验研究验证了电芬顿-XHC 组合工艺处理电镀综合废水的可行性，并据此进行了方案设 计和投资成本分析，结果表明： 1.电芬顿-XHC 组合工艺可以确保电镀综合废水稳定达到《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008） 中表 3 要求，表明该工艺具有良好效果； 2.详细的方案设计和成本分析表明，电芬顿-XHC 组合工艺吨水投资和运行成本较低。 综上所述，电芬顿-XHC 工艺与传统工艺相比具有明显技术和经济优势，是今后发展的趋势，具有 推广价值。

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这只是理论，实际生产中这种方法的阳极很容易钝化，电量超高，吨水大概到了15元左右。不如微电解法处理含络废水，尤其是除络合镍，络合铜，效果显著，价格很低。

一些内容应该可以融合到招标文件中。

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