電鍍鉻鎳混合廢水的絮凝處理

劉存海， 韓利萍， 賴小娟

(陜西科技大學化學與化工學院教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西西安 710021)

電鍍鉻鎳混合廢水的絮凝處理

劉存海， 韓利萍， 賴小娟

(陜西科技大學化學與化工學院教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西西安 710021)

采用化學絮凝法對電鍍含鉻、鎳廢水進行了處理，確定了復合絮凝劑的種類和最佳配比，選擇了最佳工藝條件，pH=8.70，攪拌t為30min，絮凝沉積t為12h，并對處理前后鉻鎳廢水的質量濃度進行了檢測。結果表明，鉻的去除率為99.93%，鎳的去除率為99.95%，處理后的廢水中鉻質量濃度降至0.12mg/L，鎳質量濃度降至0.26mg/L，符合國家允許的排放標準，可作為電鍍車間的循環用水。

電鍍廢水;復合絮凝劑;鉻;鎳離子;去除率

引 言

隨著電鍍工業的快速發展，電鍍廢水的排放量逐年增多，廢水中的Cr、Ni、Cu及Ag等諸多重金屬離子通過水體、土壤或大氣導入環境，遷移轉化，嚴重的污染著人類賴以生存的生活環境，威脅著人類健康。特別是在鍍鉻、鍍鎳領域中，Cr、Ni離子對人體危害已顯為人知［1］，處理電鍍廢水中的重金屬離子已是亟待解決的問題。目前處理廢水中重金屬離子的方法主要有物理吸附法、加堿沉淀法、離子交換法及生物轉化法等［2］，這些方法對電鍍廢水的處理都不盡令人滿意，處理后的廢水中仍含有一定程度的重金屬離子。

從環境科學的觀點出發，對電鍍廢水的處理，實現廢水循環利用，達零排放才是目的所在。本文應用化學絮凝法處理鉻、鎳混合廢水，處理后的廢水中鉻、鎳含量遠低于國標規定的最高允許值［3］，其它技術指標與工業用水極盡相同。因此，可作為電鍍工業的循環用水達到清潔生產的目的。

1 實驗

1.1 廢水來源

電鍍含鉻、鎳廢水，取自于陜西省寶雞市某集團股份有限公司，其中 ρ［總鉻］為 652mg/L，ρ［Cr(Ⅲ)］為 55mg/L，ρ［Cr(Ⅵ)］為 597mg/L，ρ(Ni2+)為513mg/L。

1.2 試劑和儀器

試劑為亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、硫酸鋁鉀、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵和陽離子聚丙烯酰胺(均為分析純)。

儀器為分析天平(Sartorius科學儀器北京有限公司)，PHS-10A型酸度計(Sartorius科學儀器北京有限公司)，原子吸收儀(日本HITACHI公司)，磁力DBJ621定時變速攪拌器(4332廠)，SHB-C型循環水真空泵(鄭州杜甫儀器廠)，101-1型電熱鼓風干燥箱(上海實驗儀器廠)。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

處理電鍍鉻、鎳混合廢水的工藝流程為

廢水經前處理除去原有的沉淀物后進入還原池，用 NaHSO3將 Cr(Ⅵ)還原為 Cr(Ⅲ)［4］，然后進入沉淀池，加堿沉淀，沉淀后的廢水中仍含有大量鉻、鎳離子形成的膠粒，進入絮凝池用絮凝劑進行處理，經分離，檢測上清液中各項技術指標，處理合格后進行循環利用。

1.3.2 混合廢水中 Cr、Ni離子的測定

對混合廢水中Cr、Ni離子的測定，均用原子吸收法［5］，處理前 ρ(總鉻)為652mg/L，ρ［Cr(Ⅲ)］為55mg/L，ρ［Cr(Ⅵ)］為 597mg/L，ρ(Ni2+)為513mg/L;處理后ρ(總鉻)為0.47mg/L，ρ［Cr(Ⅲ)］為0.12mg/L，ρ［Cr(Ⅵ)］為 0.35mg/L，ρ(Ni2+)為0.26mg/L。

1.3.3 沉淀 Cr(Ⅲ)、Ni2+的 pH 的選擇

取還原后的 Cr(Ⅲ)、Ni2+廢水 100mL于250mL燒杯中，加入3.0mol/L的NaOH溶液調節pH 為6.0～11.0，靜置12h后過濾，將沉淀烘干后稱量，繪制出沉淀量隨pH變化的關系曲線。

1.3.4 絮凝劑性能的測試

取10只200mL的燒杯，分別加入100mL含Cr(Ⅲ)、Ni2+廢水，再分別用移液管加入 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 和 10.0mL 質量濃度為 10.0g/L的硫酸鋁鉀溶液，調節 pH，攪拌30min，靜置12h后過濾，用原子吸收法測上清液的Cr(Ⅲ)、Ni2+質量濃度，繪制出 Cr(Ⅲ)、Ni2+與絮凝劑質量濃度的關系曲線。同法分別繪制ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)三種絮凝劑質量濃度的關系曲線(PAC、PFS和CPAM質量濃度分別為5.0、8.0和 1.0g/L)。

1.3.5 絮凝劑的復配與絮凝效果

取10只500mL的燒杯，分別加入含Cr(Ⅲ)、Ni2+廢水300mL，將以上絮凝劑按最佳量配比m(硫酸鋁鉀)∶m(PAC)∶m(PFS)∶m(CPAM)=50∶35∶28∶3混合，配制成10g/L的復合絮凝劑，依次加入1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 和 10.0mL，攪拌30min，靜止12h后，過濾。用原子吸收法測上清液的 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)。繪制出ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)與復合絮凝劑質量濃度的關系曲線。

1.3.6 正交試驗工藝優化

選擇硫酸鋁鉀、PAC、PFS和CPAM作為考察因素，以Cr(Ⅲ)、Ni2+處理后質量濃度為指標，采用正交表進行L9(34)正交試驗，確定絮凝劑處理電鍍鉻、鎳混合廢水的最佳工藝條件，得到正交試驗結果與極差分析。

2 結果與討論

2.1 pH對沉淀的影響

以Cr(OH)3、Ni(OH)2的總沉淀質量對廢水中的pH作圖，如圖1所示。

圖1 pH的影響

從圖1可以看出，在pH=8.7時，總沉淀質量最大為2.8mg，說明pH為8.7時是沉淀的最佳值。

2.2 單一絮凝劑的絮凝效果分析

2.2.1 硫酸鋁鉀對廢水絮凝效果的影響

以上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對硫酸鋁鉀的加入質量作圖，如圖2所示。

圖2 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨硫酸鋁鉀的變化

圖2表明，上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨硫酸鋁鉀加入量的增大而減小，當V(硫酸鋁鉀)為5mL，上清液中ρ［Cr(Ⅲ)］為25mg/L時，絮凝效果最好，再增大硫酸鋁鉀的用量，ρ［Cr(Ⅲ)］幾乎不變;當V(硫酸鋁鉀)為4.0mL時，上清液中ρ(Ni2+)為36mg/L時，絮凝效果最好，故選用5.0mL硫酸鋁鉀為最佳。

2.2.2 聚合氯化鋁對廢水中絮凝效果的影響

以上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對 PAC 加入量作圖，如圖3所示。

圖3 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨PAC的變化

圖3表明，隨 PAC加入量增大，ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)均呈下降趨勢。當PAC的加入量為5.0mL時，其 ρ(Ni2+)為 156.0mg/L，加入量為7.0 mL時，其 ρ［Cr(Ⅲ)］為 48.6mg/L，選用7.0 mL為 PAC 最佳投入量。

2.2.3 聚合硫酸鐵對廢水絮凝效果的影響

以上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對 PFS加入量作圖，如圖4所示。

圖4 表明，PFS為3.0mL 時，ρ［Cr(Ⅲ)］為38.2 mg/L，加入量為 3.5mL 時，ρ(Ni2+)為 25.6mg/L，3.5mL PFS為最佳加入量。

圖4 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨 PFS 的變化

2.2.4 陽離子聚丙烯酰胺對廢水絮凝效果的影響

以上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對 CPAM 加入量作圖，如圖5所示。

圖5 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨 CPAM的變化

從圖5可以看出，單獨使用CPAM處理廢水時，其絮凝效果并不顯著，但隨CPAM加入量增大，ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)仍趨下降。當 CPAM 加入量為1.5mL 時，ρ(Ni2+)為 288.6mg/L，加入量為3.0 mL時，ρ［Cr(Ⅲ)］為322.5mg/L。故選用 3.0mL 為最佳加入量。

2.3 復合絮凝效果分析

以上清液中 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)對復合絮凝劑的加入量作圖，如圖6所示。

圖6 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)隨復合絮凝劑的變化

綜合分析，當使用單一絮凝劑時，其絮凝效果均不理想。特別是CPAM單獨使用時，絮凝效果較差，經復配后，Cr(Ⅲ)、Ni2+隨復合絮凝劑加入量的增大，其 ρ［Cr(Ⅲ)］、ρ(Ni2+)急劇下降，當復合絮凝劑加入量為 4.0mL時，ρ(Ni2+)最低可達0.26mg/L，加入量為6.0mL 時，ρ［Cr(Ⅲ)］最低可達0.12mg/L，故選擇6.0mL作為復合絮凝劑的最佳加入量。實驗證明，無機絮凝劑硫酸鋁鉀、PAC、PFS起到了良好的絮凝作用，而CPAM不僅可起到絮凝作用，同時也可起到橋聯作用，從而將小絮團通過橋聯作用凝聚成大的絮團而沉淀，因此，復合絮凝劑在處理重金屬離子方面具有良好的綜合絮凝作用。

2.4 正交試驗結果與分析

正交試驗結果列于表1，正交試驗結果分析列于表2。

表1 正交試驗結果

表2 正交試驗結果分析表

正交試驗結果表明，在設定的水平范圍內，絮凝劑處理電鍍廢水的最佳用量為A2B2C3D1，在此條件下，殘余的 ρ［Cr(Ⅲ)］為0.121mg/L，ρ(Ni2+)為0.264mg/L，與復合絮凝劑配比處理電鍍廢水的效果吻合。

2.5 廢水處理前后固體物分析

應用揮發法對電鍍廢水、工業用水及生活飲水三種水樣進行水中不溶物質測定，結果見表3。

從表3中可以看出，電鍍廢水處理前后每升電鍍廢水中含有不溶物質的質量相差極大，處理后的鉻、鎳廢水較生活飲水略高，較工業用水略低。因此，處理后的廢水可完全用于電鍍工業的循環用水。

表3 電鍍廢水、工業用水及生活飲水不溶物分析

3 結論

針對寶雞某集團表面處理車間電鍍含鉻、鎳混合廢水選擇了硫酸鋁鉀、PAC、PFS及CPAM四種絮凝劑復配為復合絮凝劑，其配比m(硫酸鋁鉀)∶m(PAC)∶m(PFS)∶m(CPAM)為 50∶35∶28∶3，并將其應用在處理含鉻、鎳混合廢水，使處理后的廢水中 ρ［Cr(Ⅲ)］為0.12 mg/L，ρ(Ni2+)為0.26 mg/L，低于國家允許的排放標準，ρ(不溶物)為265mg/L，與工業用水及生活飲水相近。因此，可作為電鍍生產中的循環用水，使電鍍車間實現廢水零排放［6］。

［1］劉存海，李仲謹，盧衛軍，等.電鍍廢鉻液的化學絮凝與鉻的回收利用研究［J］.西北農林科技大學學報(自然科學報)，2001，8(29):66-68.

［2］黃其祥，胡衍華，徐湊友，等.電鍍廢水處理技術研究現狀及展望［J］.廣東化工，2010，4(37):128-130.

［3］《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法［M］.北京:中國環境科學出版社，1989:157-161.

［4］李國會，馬相賓，裴烯.化學還原法處理電鍍含鉻廢水的工程應用［J］.工業安全與環保，2011，37(10):12-15.

［5］王世武，魏春艷，董玉蘭，等.火焰原子吸收光譜法測定鐵礦石中 Zn、Co、Ni、Pb、Cr含量［J］.包鋼科技，2003，8(29):84-87.

［6］黃瑞光.21世紀電鍍廢水治理的發展趨勢［J］.電鍍與精飾，2000，22(5):1-2.

Flocculation Treatment for Chromium-nickel Mixed Electroplating Wastewater

LIU Cun-hai，HAN Li-ping，LAI Xiao-juan
(Key Laboratory of Auxiliary Chemistry ＆ Technology for Chemical Industry，Ministry of Education，Shaanxi University of Science ＆ Technology，Xi＇an，710021 China)

Chromium nickel mixed electroplating wastewater was treated by chemical flocculation method.Flocculating agent species and the best mixture ratio were identified，and the optimum processing conditions was obtained as following:pH value of 8.20，stirring time of 30min，and flocculation deposition time of 12h.Contents of chromium and nickel in the wasterwater before and after the treatment were also determined.Results indicated that removal rates of chromium and nickel were 99.92%and 99.38%separately.Contents of chromium and nickel after the processing were decreased to 0.12 mg/L and 0.26mg/L，which were much lower than that in GB standards and could be used as industrial circulating water for the electroplating workshop.

electroplating wastewater;complex flocculating agent;chromium;nickel;removal rate

X781.1

B

1001-3849(2012)09-0039-04

2012-03-21

2012-05-02

國家自然科學基金項目(51103081)