高壓脈沖電絮凝和交變電場(chǎng)水處理技術(shù)在電鍍企業(yè)水資源管理中的應(yīng)用

徐國(guó)仁，顏真*，江博涵

（1.聯(lián)通云數(shù)據(jù)有限公司廊坊市分公司，河北 廊坊 065001；2.上?？颇到y(tǒng)科技有限公司，上海 201613）

高壓脈沖電絮凝和交變電場(chǎng)水處理技術(shù)在電鍍企業(yè)水資源管理中的應(yīng)用

徐國(guó)仁1，顏真2,*，江博涵2

（1.聯(lián)通云數(shù)據(jù)有限公司廊坊市分公司，河北 廊坊 065001；2.上?？颇到y(tǒng)科技有限公司，上海 201613）

介紹了高壓脈沖電絮凝和交變電場(chǎng)水處理技術(shù)的基本原理及其在電鍍企業(yè)的廢水處理和中水回用中的應(yīng)用。

脈沖電絮凝；交變電場(chǎng)；電鍍；廢水；處理；回用

First-author’s address: Langfang Branch of China Unicom Cloud Data Co., Ltd., Langfang 065001, China

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水資源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，我國(guó)環(huán)保政策要求也越來(lái)越嚴(yán)格。不僅對(duì)企業(yè)排水水質(zhì)有要求，對(duì)企業(yè)的用水量、排水量都有了更苛刻的要求。眾多企業(yè)開(kāi)始由粗放生產(chǎn)型向科學(xué)管理型轉(zhuǎn)變。如何在達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，更高效、科學(xué)地使用水資源也越來(lái)越為企業(yè)所重視。

使整個(gè)企業(yè)的每一個(gè)水系統(tǒng)變成一個(gè)整體管理的一部分，讓企業(yè)的每一滴水都得到充分合理的重復(fù)再利用，這便是“水平衡”的概念。它不同于零排放，而是更合理的低排放，典型的實(shí)施方式見(jiàn)圖1。

圖1 如何從電鍍廠中找出可節(jié)省/回用的水Figure 1 How to find the savable and reusable water in an electroplating plant

要想充分重復(fù)再利用，就必須對(duì)各個(gè)工藝的處理水質(zhì)提出更高的要求，從而最大限度地降低再處理或再利用的難度。傳統(tǒng)的水處理方式均以化學(xué)藥劑添加為主，處理效果在某一個(gè)環(huán)節(jié)中基本可達(dá)到要求，但藥劑的添加，本身對(duì)水體也是一種“污染物”的引入，并且部分藥劑比常見(jiàn)污染物更加難以從水體中分離，這也大大增加了再處理和重復(fù)利用的難度。當(dāng)傳統(tǒng)的水處理模式越來(lái)越難以達(dá)到企業(yè)的預(yù)期和整體環(huán)保規(guī)劃之時(shí)，越來(lái)越多的新技術(shù)進(jìn)入環(huán)保行業(yè)。其中，最容易利用的便是物理水處理技術(shù)。

物理水處理技術(shù)，顧名思義，是以物理處理的方式為主導(dǎo)，不加或輔以極少化學(xué)藥劑，最終達(dá)到低費(fèi)用、少殘留、更高水質(zhì)的要求。這種方式的關(guān)鍵在于采用電能引發(fā)化學(xué)變化，減少或不再添加化學(xué)藥劑，大大地降低了流程中的二次污染概率，為水體的后續(xù)處理和重復(fù)利用提供便利條件。目前物理水處理方式花樣繁多，筆者推薦使用高壓脈沖電凝和交變電場(chǎng)水處理技術(shù)，前者針對(duì)廢水處理，后者針對(duì)水垢等問(wèn)題，兩者均適應(yīng)性好，且最具前沿性。這兩種技術(shù)在電鍍廢水處理中的典型應(yīng)用如圖2所示。

圖2 典型的電鍍廢水處理及中水回用流程圖Figure 2 Flow chart of typical electroplating wastewater treatment and reclamation process

1 高壓脈沖電凝技術(shù)在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

高壓脈沖電絮凝技術(shù)利用高電壓作用于水中乳化油、大分子有機(jī)物、微生物、重金屬離子、懸浮物和部分有色物質(zhì)，產(chǎn)生的氧化、還原、電絮凝三種反應(yīng)對(duì)COD、氨氮、重金屬、色度等指標(biāo)都有很好的降低作用。因此，高壓脈沖電凝工藝可以廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)廢水項(xiàng)目。在電鍍行業(yè)等重金屬?gòu)U水處理中，與傳統(tǒng)化學(xué)法相比，高壓脈沖電凝工藝具有分離效果好(出水可遠(yuǎn)低于GB 21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的“表3”標(biāo)準(zhǔn))，處理水質(zhì)跨度大(適應(yīng)性高)，處理成本低(可達(dá)10元/t以?xún)?nèi))，泥量少(減少50% ～ 70%)且含水率低，占地面積小，減少人工(可自動(dòng)控制)等優(yōu)點(diǎn)。

高壓脈沖電絮凝處理過(guò)程是復(fù)雜的物理及電化學(xué)過(guò)程。在外加電動(dòng)勢(shì)的作用下，可溶性陽(yáng)極溶解產(chǎn)生大量陽(yáng)離子，陽(yáng)離子經(jīng)過(guò)水解、聚合形成一系列多核羥基配合物和氫氧化物，這些產(chǎn)物吸附能力很強(qiáng)，起到凝聚、吸附、共沉淀等作用。電解過(guò)程中，陽(yáng)極和陰極上分別產(chǎn)生的氧氣和氫氣，對(duì)水中物質(zhì)產(chǎn)生氧化還原作用，且氣泡直徑小、黏附性能強(qiáng)，在其上浮過(guò)程中可將懸浮物帶到水面。

該技術(shù)處理的主要影響因素包括電極設(shè)計(jì)及材料、電流密度、反應(yīng)時(shí)間、原水pH、待分離組分濃度等。材料的選擇、電極的放電方式、設(shè)備的構(gòu)造以及原水調(diào)節(jié)的參數(shù)情況，均體現(xiàn)了使用者對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用水平。

這里值得一提的是新興高壓脈沖電凝，它與傳統(tǒng)電絮凝的區(qū)別在于采用了脈沖電源。脈沖電源的加入使電極反應(yīng)斷續(xù)進(jìn)行，有利于減少濃差極化，降低能耗，使 Fe2+的釋放量根據(jù)水處理的需要而定，從而進(jìn)一步減少消耗和污泥量。當(dāng)絮凝槽電極施加電場(chǎng)定時(shí)換相時(shí)，可以從兩極產(chǎn)生陽(yáng)離子，且兩極極性的變化對(duì)防止電極鈍化有積極作用。

上海科莫系統(tǒng)科技有限公司致力于高壓脈沖電凝技術(shù)的研究，并于近年取得突破，并通過(guò)100多家客戶(hù)廢水的反復(fù)測(cè)試，證明了該技術(shù)的穩(wěn)定性可以滿(mǎn)足多種廢水處理的嚴(yán)格要求。以天津某電鍍公司的六價(jià)鉻廢水處理為例，利用高壓脈沖電凝處理總鉻濃度為1417 mg/L的六價(jià)鉻廢水(pH 1.3，電導(dǎo)率7 000 μS/cm)，經(jīng)取樣、曝氣，取上清液后過(guò)濾檢測(cè)，出水水質(zhì)為：pH 7.8，電導(dǎo)率5 100 μS/cm，總鉻0.16 mg/L。出水總鉻含量低于GB 21900–2008的“表3”排放限值(0.5 mg/L)。圖3是高壓脈沖電凝處理前后的水樣照片。

圖3 高壓脈沖電凝處理前(左)后(右)的水樣照片F(xiàn)igure 3 Photos of water sample before (left) and after (right) high-voltage electrocoagulation

表1 用高壓脈沖電凝技術(shù)處理高濃度含格廢水的檢測(cè)結(jié)果Table 1 Test results of high-concentration chromium-containing wastewater treated by high-voltage electrocoagulation

脈沖電凝處理后曝氣沉淀水樣如圖4所示。

圖4 脈沖電凝處理后的曝氣沉淀水樣照片F(xiàn)igure 4 Photo showing the water sample precipitated under aeration after pulsed electrocoagulation

核算成本后，得出新工藝處理成本比原化學(xué)加藥處理工藝低70%，減少了30%泥量。

高壓脈沖電凝技術(shù)簡(jiǎn)便快捷的優(yōu)勢(shì)使其越來(lái)越多地應(yīng)用在電鍍、化工等行業(yè)的廢水處理環(huán)節(jié)當(dāng)中。用戶(hù)可以根據(jù)自身水質(zhì)的特點(diǎn)，方便地制定高壓脈沖電凝處理的工藝條件。

在回用方面，高壓脈沖曝氣沉淀后的排出水可直接做沖洗水，或經(jīng)過(guò)預(yù)處理(采用抗污染性較好的微濾膜)后再進(jìn)反滲透膜(采用普通的即可)后出工藝水，回收率可達(dá) 65%左右(一級(jí)反滲透進(jìn)水電導(dǎo)率6 000左右)。

2 交變電場(chǎng)技術(shù)在電鍍中水回用中的應(yīng)用

高頻電子水處理器正是基于交變電場(chǎng)處理技術(shù)所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，它能在水溫升高、濃縮倍數(shù)高(過(guò)飽和)等條件下有效地改變碳酸鈣結(jié)晶體原有的晶格形式──從堅(jiān)硬的方解石變?yōu)樗绍浀奈氖?，促成碳酸鈣結(jié)晶析出并隨水流出，不結(jié)垢于管壁和附著面，從而變相地使水體變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，令已經(jīng)生成的水垢可部分溶解回水中，實(shí)現(xiàn)水垢的去除。此外，其電信號(hào)可以抑制絕大多數(shù)的礦物質(zhì)離子垢類(lèi)。

該設(shè)備卡接在管道外壁(如圖5所示)，不接觸水，不依賴(lài)水流，不受管材限制，不改變化學(xué)成分，無(wú)需停工停產(chǎn)及日常維護(hù)，所需電量極少，對(duì)其他電子設(shè)備也無(wú)干擾。此外，它還具有物理絮凝和滅藻殺菌的作用。

在對(duì)膜的保護(hù)方面，高頻電子水處理器可以取代原有的化學(xué)加藥處理：其物理絮凝能力相當(dāng)于PAC(聚合氯化鋁)的作用，能有效地提高初級(jí)過(guò)濾裝置的能力；其水垢處理能力又涵蓋絕大多數(shù)離子垢。所以可以將高頻電子水處理器安裝在微濾膜和反滲透膜前(如圖2所示)，取代阻垢劑來(lái)保護(hù)膜組，延長(zhǎng)清洗時(shí)間。浙江寧波一家電鍍園區(qū)采用海卓帕斯水處理器保護(hù)中水回用的反滲透膜后，原來(lái)3 ～ 4天需要清洗一次，現(xiàn)延長(zhǎng)至3周。

圖5 高頻電子水處理器的安裝照片F(xiàn)igure 5 Photos showing the installation of high-frequency electronic water treatment device

3 結(jié)語(yǔ)

綜合來(lái)看，采用非化學(xué)的方法可以更便捷和高效地處理電鍍以及其他行業(yè)廢水。

如今是國(guó)家的轉(zhuǎn)型期，也是眾多企業(yè)的轉(zhuǎn)型期。這對(duì)于各個(gè)企業(yè)是一次挑戰(zhàn)，也是一次機(jī)遇，新興技術(shù)的引進(jìn)也必定會(huì)增加新鮮活力。“水平衡”已不再是昂貴的只能看、不能用的設(shè)計(jì)。合理地使用各類(lèi)水處理技術(shù)，是企業(yè)水系統(tǒng)科學(xué)管理的關(guān)鍵所在。

[ 編輯：溫靖邦 ]

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Application of high-voltage pulsed electrocoagulation and alternating electric field water treatment techniques in water resource management of electroplating plant

// XU Guo-ren, YAN Zhen*, JIANG Bo-han

The principles of high-voltage pulsed electrocoagulation and alternating electric field water treatment techniques and their application in wastewater treatment and reuse of reclaimed water in electroplating plant were introduced.

pulsed electrocoagulation; alternating electric field; electroplating; wastewater; treatment; reuse

10.19289/j.1004-227x.2017.04.008

X781.1

：B

：1004 – 227X (2017) 04 – 0216 – 04

2016–12–08

徐國(guó)仁（1973–），男，甘肅武威人，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榭照{(diào)水處理。

顏真，(E-mail) 89030820@qq.com。