電鍍廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展
?電鍍廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、航空航天工業(yè)、建筑工業(yè)及相應(yīng)的裝飾工業(yè)。與電鍍工業(yè)的規(guī)模發(fā)展相對應(yīng)的電鍍廢水排放量也越來越大，電鍍已是當(dāng)今世界最嚴(yán)重的污染工業(yè)之一。目前，我國電鍍廠點(diǎn)約有15000家，每年排放的40億m3廢水，約有50%未達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，這些廢水中含有氰化物、酸、堿以及六價(jià)鉻、銅、鋅、鎘、鎳等重金屬污染物，毒性很大，危害嚴(yán)重。因此，電鍍廢水的治理仍然是一個(gè)不可忽略的問題。常見的電鍍廢水處理方法主要有化學(xué)沉淀法、鐵氧體法、離子交換法以及膜分離法等。本文主要介紹以上方法在電鍍廢水中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，并對其略加評(píng)述，以便能為我國在電鍍廢水的處理方面提供一定的理論參考。
1·化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法包括氫氧化物沉淀、硫化物沉淀和硫酸復(fù)鹽沉淀法等。它是根據(jù)各重金屬離子不同的溶度積和初始濃度來計(jì)算出其沉淀的pH范圍，然后通過加入沉淀劑，使其在一定的pH值下完全沉淀的過程。
SNHosseini等采用堿性試劑，如石灰、氫氧化鈉對含銅鉻廢水進(jìn)行處理，在pH分別為12和8．7時(shí)，Cu2+和Cr3+完全沉淀下來，廢水可達(dá)標(biāo)排放。HamidiAAziz等使用石灰石來處理含重金屬廢水，用一定量的石灰石調(diào)終點(diǎn)pH值為8．5，重金屬離子去除率可達(dá)90%以上。尹敬群等對某銅冶煉廠的含重金屬、氟、砷等有毒、有害元素較高的酸性廢水進(jìn)行了石膏化-硫化處理，進(jìn)一步以石灰乳中和，廢水達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
2·離子交換法
離子交換法主要是利用離子交換樹脂中的交換離子同電鍍廢水中的某些離子進(jìn)行交換而將其除去，使廢水得到凈化的方法。近幾年來這一技術(shù)在廢水處理方面得到了很大的發(fā)展，目前已成為處理電鍍廢水和回收某些金屬離子的有效手段之一。
Rengaraj等研究了IRN77和SKN1樹脂對Cr(III)的去除率。結(jié)果表明，金屬離子的濃度高于100mg/L時(shí)，能夠完全被樹脂吸附。RSJuang等采用強(qiáng)酸性AmberliteIR-120樹脂處理含有多種重金屬離子［(Ni(II)、Mn(II)和Co(II)］和ED-TA、NTA及檸檬酸鹽等的混合廢水，發(fā)現(xiàn)金屬離子和樹脂的交換平衡主要取決于廢水的pH和廢水中的其他復(fù)雜成分的組成。THEom等采用離子交換法處理電鍍廢水，金屬回收率達(dá)97%以上。SofiaAC等對螯合樹脂CR11和弱酸性樹脂IR86進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，兩種樹脂對水溶液中三價(jià)鉻都有很高的吸附性，對于電鍍廢水的處理，CR11樹脂比IRC86樹脂更有前景。RSJuang等用強(qiáng)酸性樹脂對模擬電鍍廢水中鎳的吸附進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著時(shí)間的增加，排放的廢水中鎳的含量越來越少，但是由于廢水中其他雜質(zhì)的存在，使得鎳的排放不可能為0。
3·吸附法
吸附對于電鍍廢水的處理已經(jīng)成為一種非傳統(tǒng)方法，它是利用多孔性固體相物質(zhì)吸附分離水中污染物的水處理過程。各種各樣產(chǎn)生于農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)副產(chǎn)品、天然材料及改性生物高分子的低成本吸附劑已經(jīng)得到發(fā)展和應(yīng)用，常見的吸附劑有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、樹脂、木屑等。
Nah等采用氧化鐵修飾合成具有磁性的沸石對Pb(II)具有高的吸附能力，在較寬的pH值范圍內(nèi)(5～11)有較好的化學(xué)阻抗作用。Aklil等利用改性天然材料在pH=5時(shí)進(jìn)行吸附，取得好的吸附效果。Lee等采用工業(yè)副產(chǎn)品如粉煤灰、廢鐵、鐵渣及水合二氧化鈦等吸附重金屬廢水，取得高的去除率。Gupta等考察了一種由制糖工業(yè)產(chǎn)生的甘蔗渣燒成的灰對Cd(II)和Ni(II)去除率的影響，在pH從6．0～6．5的范圍內(nèi)去除率較高。Igwe等使用玉米殼對Pb2+、Cd2+、Zn2+進(jìn)行了吸附，吸附量分別達(dá)到456，493．7，495．9mg/g。Crini研究了一系列以多糖為基礎(chǔ)的材料對廢水中金屬離子的吸附，結(jié)果表明，交聯(lián)殼聚糖對Cd2+、Cu2+、As5+的吸附分別達(dá)到了150，164，230mg/g;交聯(lián)淀粉凝膠對Pb2+和Cu2+的吸附分別達(dá)到了433，135mg/g;氧化鋁/殼聚糖復(fù)合材料對Cu2+的吸附達(dá)到了200mg/g。Essawy和Ibrahim制備了一種高分子水凝膠，對金屬離子的去除順序?yàn)镃u(II)＞Ni(II)＞Cd(II)。
4·膜過濾法
膜分離過程是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程。按分離離子大小，可分為微濾、超濾、反滲透、納濾等。膜分離法具有無物相變化，能量轉(zhuǎn)化效率高，不消耗化學(xué)試劑，常溫操作，不消耗熱能等優(yōu)點(diǎn)。
Juang和Shiau研究了殼聚糖改性膜對模擬廢水中Cu(II)和Zn(II)去除，結(jié)果表明，在pH8．5～9．5時(shí)，100%的Cu(II)和95%的Zn(II)被截留。Saffaj等使用低成本的ZnAl2O4-TiO2UF膜對模擬液中的Cd(II)和Cr(III)進(jìn)行吸附，Cd(II)的去除率達(dá)到93%，Cr(III)的去除率達(dá)到86%。Lv等研究了兩性的聚苯并咪唑納米中空纖維膜對陰陽離子的去除，90%以上溶解物能夠被阻截下來。
Barakat等考察了羧甲基纖維素和超濾膜對廢水中Cu(II)、Ni(II)和Cr(III)的去除，在堿性條件下，它們的去除率能達(dá)到90%以上。WenruiZuo等研究了多種膜在分離和降低重金屬污染方面的性能，結(jié)果表明，UF的滲透能力沒有MF好，RO在廢水處理方面比NF要強(qiáng)。邱運(yùn)仁等以聚丙烯酸鈉為絡(luò)合劑，采用芳香聚酰胺膜為超濾膜，Cu2+的截留率達(dá)到97%以上。張志軍等針對太湖地區(qū)日益提高的電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，提出采用混凝-微濾膜過濾組合工藝來去除電鍍廢水中的銅和鎳。電鍍廢水中Cu2+質(zhì)量濃度為57．6mg/L，Ni2+質(zhì)量濃度為42．0mg/L，采用FeSO4混凝劑及PVDF微濾膜處理后，出水中Cu2+和Ni2+質(zhì)量濃度為0．15，0．87mg/L，低于國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。
5·其它方法
近年來國外有些學(xué)者研究了一些新型的廢水處理技術(shù)，如電滲析法和光催化法。
5．1電滲析(ED)
電滲析是一種利用電勢的不同，將溶液中不同的離子通過離子交換進(jìn)行分離的膜分離過程。Mo-hammadi等研究了在不同的濃度下，用實(shí)驗(yàn)室電滲析室，考察了流量、溫度、電壓對兩種滲透膜去除效率的影響。
結(jié)果表明，增加電壓和溫度，性能提高;增加流量，反而降低分離比例。濃度大于500mg/L時(shí)，濃度對分離比例的影響減弱。Jakobs-en研究了電滲析去除廢水污泥中Cd2+的工藝。將廢水污泥加入到一個(gè)電動(dòng)直流區(qū)域，攪拌。液體與固體(mL/g新鮮污泥)的比值是介于1．4～2。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了污泥懸浮在蒸餾水、檸檬酸和硝酸溶液的研究。結(jié)果表明，Cd2+在3個(gè)實(shí)驗(yàn)中的去除效率分別為69%，70%和67%。Mohammadi等研究了電滲析過程對鋅、鉛和鉻離子的去除情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電滲析效果跟離子的種類沒有關(guān)系，主要取決于反應(yīng)條件和滲析室結(jié)構(gòu)。
5．2光催化法
光催化法是一種借助具有半導(dǎo)體性質(zhì)的懸浮液將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的方法，它在治理環(huán)境污染方面具有快速、高效等特點(diǎn)。Barakat等研究了用紫外輻射過的二氧化鈦懸浮液光催化來破壞氰化絡(luò)合物，同時(shí)降低銅離子的含量。結(jié)果顯示，游離銅離子(10－2mol/L)在3h內(nèi)完全去除。Cu2+和CN－的濃度越高，他們的去除率越大，當(dāng)Cu2+∶CN－的摩爾比率為10∶1時(shí)，離子去除完全。Rengaraj等采用溶膠-凝膠法制備了一種新型的光催化劑二氧化鈦鍍釹。它被用來在紫外的照射下光催化還原Cr(VI)。結(jié)果顯示，二氧化鈦晶體中有釹的存在可以提高Cr(VI)的光催化還原能力。為了克服TiO2能量的有限，Yoon等研究了將二氧化鈦?zhàn)鳛殛枠O固定起來。固定的二氧化鈦電極能夠?qū)⑷芤褐杏卸镜腃r(VI)轉(zhuǎn)化為無毒的Cr(III)，在光催化下，pH為3，反應(yīng)2h，轉(zhuǎn)化率能達(dá)到98%。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6·結(jié)論
化學(xué)沉淀法具有試劑來源廣，成本低，操作過程簡單，無能耗，金屬離子去除率高，可分步沉淀回收金屬離子等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中被推廣應(yīng)用。但化學(xué)沉淀法可能產(chǎn)生大量污泥，對環(huán)境造成二次污染。近年來，離子交換法、吸附法、膜過濾法等新型方法在電鍍廢水的處理方面受到了眾多研究者的廣泛關(guān)注，這些新型的方法能夠在去除金屬離子的同時(shí)又不對環(huán)境造成二次污染。但是，它們同時(shí)存在著成本和能耗高、設(shè)備復(fù)雜、操作時(shí)間長以及選擇性低等缺點(diǎn)而在推廣應(yīng)用上受到了限制。
綜上所述，筆者認(rèn)為當(dāng)前的首要任務(wù)是能否尋找一種新型的選擇性高的沉淀劑，既能使金屬離子完全沉淀，又能回收金屬離子，不會(huì)對環(huán)境造成二次污染。