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(duì)應(yīng)的電鍍廢水排放量也越來(lái)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(guó)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(guó)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(wèn)題。常見(jiàn)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(duì)其略加評(píng)述，以便能為我國(guó)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(lái)計(jì)算出其沉淀的pH范圍，然后通過(guò)加入沉淀劑，使其在一定的pH值下完全沉淀的過(guò)程。
SNHosseini等采用堿性試劑，如石灰、氫氧化鈉對(duì)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(lái)，廢水可達(dá)標(biāo)排放。HamidiAAziz等使用石灰石來(lái)處理含重金屬?gòu)U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(duì)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(guó)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(shù)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(lái)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(shù)脂對(duì)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(shù)脂吸附。RSJuang等采用強(qiáng)酸性AmberliteIR-120樹(shù)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(shù)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(duì)螯合樹(shù)脂CR11和弱酸性樹(shù)脂IR86進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，兩種樹(shù)脂對(duì)水溶液中三價(jià)鉻都有很高的吸附性，對(duì)于電鍍廢水的處理，CR11樹(shù)脂比IRC86樹(shù)脂更有前景。RSJuang等用強(qiáng)酸性樹(shù)脂對(duì)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(lái)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(duì)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(guò)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(jiàn)的吸附劑有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、樹(shù)脂、木屑等。
Nah等采用氧化鐵修飾合成具有磁性的沸石對(duì)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?gòu)U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(duì)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(duì)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(duì)廢水中金屬離子的吸附，結(jié)果表明，交聯(lián)殼聚糖對(duì)Cd2+、Cu2+、As5+的吸附分別達(dá)到了150，164，230mg/g;交聯(lián)淀粉凝膠對(duì)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(duì)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(duì)金屬離子的去除順序?yàn)镃u(II)＞Ni(II)＞Cd(II)。
4·膜過(guò)濾法
膜分離過(guò)程是物質(zhì)透過(guò)或被截留于膜的過(guò)程，近似于篩分過(guò)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(wú)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(duì)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(duì)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(duì)陰陽(yáng)離子的去除，90%以上溶解物能夠被阻截下來(lái)。
Barakat等考察了羧甲基纖維素和超濾膜對(duì)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(méi)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(duì)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(guò)濾組合工藝來(lái)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(guó)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(lái)國(guó)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(shì)的不同，將溶液中不同的離子通過(guò)離子交換進(jìn)行分離的膜分離過(guò)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(duì)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(duì)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(guò)程對(duì)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(méi)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(yáng)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(guò)的二氧化鈦懸浮液光催化來(lái)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(lái)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?yáng)極固定起來(lái)。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(wú)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(jiàn)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(lái)源廣，成本低，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)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(duì)環(huán)境造成二次污染。近年來(lái)，離子交換法、吸附法、膜過(guò)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(duì)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(zhǎng)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(duì)環(huán)境造成二次污染。