電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)初探

孫威 張莉 吳小麗 艾勝書

摘 要：本文介紹了活性炭吸附法、混凝沉淀法、生物法和高級(jí)氧化技術(shù)去除電鍍廢水有機(jī)污染物的基本原理、工藝特點(diǎn)、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，結(jié)合了電鍍廢水中有機(jī)污染物來源及成分復(fù)雜等特點(diǎn)，總結(jié)了電鍍廢水中有機(jī)污染物去除的發(fā)展趨勢(shì)并指出高級(jí)氧化技術(shù)和電化學(xué)氧化技術(shù)是該領(lǐng)域的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)，為電鍍廢水處理的實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論支持。

關(guān)鍵詞：電鍍廢水 有機(jī)污染物 廢水處理 應(yīng)用技術(shù)

中圖分類號(hào)：X78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0104-03

電鍍加工產(chǎn)品由于其裝飾性與功能性等特點(diǎn)，使電鍍行業(yè)已成為我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可缺少的熱點(diǎn)工業(yè)。據(jù)2007年不完全統(tǒng)計(jì)，僅廣東珠江三角洲地區(qū)和浙江溫州地區(qū)的電鍍企業(yè)就多達(dá)8300余家，年產(chǎn)值逾百億人民幣。我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)中電鍍行業(yè)扮演著重要角色，而且它在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如微電子技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、產(chǎn)品制造業(yè)和通訊技術(shù)中也發(fā)揮著越來越重要的作用。電鍍工業(yè)不僅僅是耗水大戶，也是污廢水產(chǎn)生的主要源頭之一，電鍍廢水難達(dá)標(biāo)排放的特點(diǎn)極大限制了電鍍工業(yè)在我國(guó)的發(fā)展[1-3]。有關(guān)資料表明，目前我國(guó)電鍍企業(yè)每年產(chǎn)生的重金屬離子廢水就高達(dá)4億m3，加之其他污染物的排放，給環(huán)境造成了極大的壓力。實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的綜合治理及循環(huán)利用，在減少污廢水排放量、降低水體流域污染程度的同時(shí)，有效節(jié)約水資源，對(duì)緩解日趨突出的水資源危機(jī)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和意義[4]。

有機(jī)污染和重金屬污染是電鍍廢水兩個(gè)最重要的特征，其中有機(jī)污染是電鍍廢水處理和循環(huán)利用的瓶頸[5]。電鍍廢水的有機(jī)污染問題之前并未引起電鍍界及環(huán)保界的重視，隨著電鍍廢水回用率的提高，廢水有機(jī)污染物濃度由于沒有針對(duì)性處理單元而不斷升高，進(jìn)而影響重金屬處理單元的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和有機(jī)污染物排放濃度超標(biāo)，嚴(yán)重制約了電鍍廢水回用率[6]。因此，電鍍廢水有機(jī)污染的治理勢(shì)在必行。

1 電鍍廢水有機(jī)污染物的來源

電鍍廢水的有機(jī)污染物主要電鍍前處理工藝、電鍍工藝和電鍍后處理工藝3個(gè)來源，具體有機(jī)物含量及份額見表1，電鍍廢水前處理工藝和鍍后處理工藝是產(chǎn)生有機(jī)污染的主要來源，而電鍍工藝本身占有的比例較低。前兩種工藝污染物的主要成分是礦物油、表面活性劑、蠟以及電鍍工藝廢水中添加的各種光亮劑，多為混合高分子有機(jī)化合物組成，而電鍍后處理廢水的有機(jī)污染物一般在脫水處理、退鍍處理和化學(xué)防腐處理過程中產(chǎn)生的，通常包括苯并三氮唑、表面活性劑、間硝基苯磺酸鈉等[7]。電鍍加工產(chǎn)品趨于多功能化且趨勢(shì)越發(fā)明顯，電鍍廢水中有機(jī)污染物組分也將隨之越發(fā)復(fù)雜。

2 電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)初探

由于近幾年電鍍界和環(huán)保界才開始對(duì)電鍍廢水有機(jī)污染問題做出關(guān)注，所以相關(guān)的研究較少。大量的文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明，我國(guó)電鍍企業(yè)已有的廢水處理工藝近乎都沒有針對(duì)有機(jī)污染物去除的處理單元。最近幾年，由于社會(huì)和企業(yè)環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，部分電鍍企業(yè)在處理電鍍廢水重金屬離子污染后，又對(duì)廢水后續(xù)跟進(jìn)了常規(guī)深度處理，大多采用活性炭吸附法去除大部分有機(jī)污染物，以部分實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的循環(huán)利用。與國(guó)內(nèi)相比，國(guó)外環(huán)保要求較為嚴(yán)格，電鍍廢水的有機(jī)污染問題較早地受到了企業(yè)重視，很多新型的工藝和技術(shù)得到了嘗試和運(yùn)用，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)電鍍廢水的有機(jī)污染治理有一定的借鑒意義。

2.1 活性炭吸附法

活性炭吸附法由于其操作簡(jiǎn)單易行、可同時(shí)吸附多種物質(zhì)的特點(diǎn)，普遍應(yīng)用于污染物種類復(fù)雜的電鍍廢水處理。其中炭成本較高是活性炭吸附法推廣的制約因素，根本原因是顆?；钚蕴课教幚鞢OD的動(dòng)態(tài)吸附容量在10%左右（重量百分比），即吸附處理廢水100kg左右的COD需要消耗1t的活性炭[8]。而顆?；钚蕴吭偕щy，因此此法處理成本極高，導(dǎo)致顆?；钚蕴刻幚黼婂儚U水有機(jī)污染物技術(shù)的應(yīng)用推廣受限。

國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也對(duì)活性炭吸附法進(jìn)行了廣泛深入的研究，主要有以下兩個(gè)方面。

2.1.1 活性炭材料的改性及其吸附性能研究

通過掌握的一些吸附機(jī)理，利用各種手段對(duì)活性炭材料的表面物化性質(zhì)進(jìn)行改性，增加吸附有機(jī)污染物容量和效率，對(duì)相關(guān)的吸附機(jī)理進(jìn)行探究，建立科學(xué)的模型并用于指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用[9-10]。

2.1.2 吸附飽和活性炭的再生技術(shù)研究

對(duì)于一些廢水處理量較大的電鍍企業(yè)，活性炭再生不僅可以降低成本，還可以避免二次污染[11]。很多研究者研究了吸附飽和活性炭的再生技術(shù)，包括熱再生法、濕式氧化再生法、微波再生法等[12]。雖然新的再生技術(shù)在工藝路線上還不太成熟，但它們的提出為活性炭的再生提供了新探討與新思路。

2.2 混凝沉淀法

混凝沉淀法作為處理工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的傳統(tǒng)工藝，其基本原理是：廢水中的膠體、懸浮物和可絮凝的其他物質(zhì)在混凝劑的作用下，通過降低界面的電位、壓縮微顆粒表面雙電層和電中和等電化學(xué)過程，經(jīng)過物理化學(xué)過程形成“絮團(tuán)”，沉降后實(shí)行固液分離，設(shè)備頂部流出的是色度和濁度較低的出水?；炷恋矸ㄌ幚黼婂儚U水時(shí)，混凝階段的運(yùn)行狀態(tài)決定了出水效果。混凝劑的選擇直接影響了混凝沉淀法的運(yùn)行效果。我國(guó)目前采用的混凝劑主要包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、二元或三元金屬鹽的復(fù)合物、聚丙烯酰胺及其衍生物等[13]。一般根據(jù)廢水的實(shí)際情況選擇一種或兩種混凝劑搭配使用。研究表明，無機(jī)和有機(jī)高分子混凝劑合理搭配使用能明顯提高電鍍廢水的絮凝效果，在優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)的同時(shí)，可使電鍍廢水有機(jī)污染物去除率升至70%～80%[14]。這是混凝沉淀法在實(shí)際應(yīng)用中難以得到全面推廣的原因。

2.3 生物法

電鍍廢水可生化性差、水質(zhì)不穩(wěn)定及高金屬離子的特點(diǎn)是傳統(tǒng)生化工藝處理電鍍類廢水效果差的主要原因，這些特點(diǎn)都大大限制了傳統(tǒng)生物工藝對(duì)電鍍廢水的應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)已有的科研單位對(duì)電鍍前處理工藝廢水進(jìn)行的生物法研究都是在小試基礎(chǔ)上進(jìn)行的，投加的微生物也是經(jīng)過培養(yǎng)馴化的特殊菌種。一般通過在生物處理工藝前添加物化工藝削弱此現(xiàn)象。

2.4 高級(jí)氧化技術(shù)

高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水治理領(lǐng)域較廣泛，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)此技術(shù)在電鍍廢水處理應(yīng)用進(jìn)行了研究探索[15]。雖然這些高級(jí)氧化技術(shù)可以在一定程度上降解有機(jī)污染物，但要較完全地去除它們也存在諸多問題，如二次污染問題和成本較高等。

近年來，電化學(xué)氧化技術(shù)因其處理效率高、環(huán)境友好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在電鍍廢水處理領(lǐng)域引起很大關(guān)注。大量研究結(jié)果表明，電化學(xué)氧化技術(shù)能有效地氧化苯酚、氯酚、苯磺酸、硝基苯、EDTA等多種有機(jī)污染物，是一種值得推廣的廢水處理新技術(shù)[16]。

陽極是電化學(xué)氧化的核心，理想的陽極既要有很強(qiáng)的氧化選擇性，又要有很高的電流效率，同時(shí)陽極的使用壽命和制作成本也是限制其工程化的關(guān)鍵因素。在已開發(fā)出的各種電極材料中，摻硼金剛石（Boron doped diamond， BDD）電極在釋氧過電位與電化學(xué)穩(wěn)定性方面，已能滿足工業(yè)化應(yīng)用要求，但這種電極制作成本很高。其他電極材料，如SnO2、PbO2，盡管制作成本相對(duì)較低，但性能方面明顯不如BDD。開發(fā)新型電極材料或?qū)ι鲜鲭姌O材料進(jìn)行改性一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3 電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 廢水循環(huán)利用是電鍍行業(yè)發(fā)展的主題

電鍍廢水回用是實(shí)現(xiàn)減少電鍍廢水排放量、降低工藝用水量以減輕環(huán)境污染、節(jié)約水資源的重要舉措。實(shí)現(xiàn)高效全面的電鍍廢水回用，對(duì)整個(gè)電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的實(shí)際意義。

3.2 提高廢水回用率，必須治理有機(jī)污染物

目前，我國(guó)電鍍廢水處理工藝還沒有針對(duì)有機(jī)污染物的處理單元，隨著電鍍廢水回用趨勢(shì)的上升，廢水回用率逐漸提高，水中有機(jī)污染物濃度逐漸積累，這嚴(yán)重影響了電鍍廢水重金屬處理單元的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且有機(jī)物濃度到達(dá)上限時(shí)，廢水必須排放，因此，高級(jí)氧化技術(shù)將在有機(jī)污染治理中扮演重要角色，傳統(tǒng)廢水生物處理工藝對(duì)電鍍廢水處理效果較差，高濃度金屬離子對(duì)作用微生物具有毒殺作用，都大大限制了傳統(tǒng)生物工藝對(duì)電鍍廢水的應(yīng)用。

3.3 電化學(xué)氧化技術(shù)將是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

近年來，美國(guó)、德國(guó)、日本、香港等許多國(guó)家和地區(qū)均投入了大量人力與資金，開展了電化學(xué)氧化技術(shù)處理有毒、有害、難降解有機(jī)廢水的研究。由于此技術(shù)對(duì)有機(jī)污染物具有去除效率高、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)重金屬離子也有較好的去除效果，加之工藝設(shè)備占地面積小，在電鍍廢水治理領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

目前我省乃至全國(guó)眾多電鍍企業(yè)都存在著有機(jī)污染物普遍超標(biāo)的問題，必須加快電鍍廢水有機(jī)污染物去除技術(shù)研究開發(fā)，建立一套行之有效的電鍍廢水有機(jī)污染物去除的技術(shù)體系，突破電鍍廢水處理和循環(huán)利用的瓶頸，避免電鍍廢水難處理、難達(dá)標(biāo)的狀況制約電鍍行業(yè)的發(fā)展。充分利用電化學(xué)氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為電鍍行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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