废弃物处理电镀废水的研究进展
前言
电镀是以增强金属制品的耐蚀性和美观性为目的,在金属工件表面镀覆一层金属保护层。常用的镀层金属有铬、锌、镍、镉、铜、银等。随着汽车、家用电器、航空、航天、建筑及相应的装饰工业的发展和人们对美化生活需求的提高,我国电镀行业面临着重大的历史发展机遇。电镀过程由于使用了大量酸、碱、重金属溶液等有毒有害化学品而为我国重污染性行业之一。电镀废水一般分为含铬废水、含氰废水、重金属废水及酸碱性废水。
电镀废水是治理难度较大的废水之一,每年排放的电镀废水达4 Gm3,它的排放量约占工业废水总排放量的10 %。
近年来,由于废水处理成本的提高,开发新型廉价的材料是废水处理的重点。废弃物是基本或完全失去使用价值、无法回收利用的排放物,同样也是环境污染物。国内外许多学者致力于将一些新型、廉价的吸附材料应用于去除废水中的重金属。研究表明:用橡胶碎屑、泥煤、玉米渣、椰子壳、烟煤、污泥灰、活性污泥、飞灰和木屑等廉价吸附剂去除电镀废水中的重金属是有效的[1],并且利用了生活中的废弃物,达到了“以废治废”的效果。该类原料来源广、价格低廉,被广泛应用于各类废水的处理。
1 处理电镀废水的常用方法
电镀废水成分复杂,处理技术也是多种多样,总的来讲可分为四类:化学法、物理法、物理化学法及生化法。上世纪80年代以多元组合技术为主[2],目前以成本较低、技术较成熟的化学法为主,同时适当辅以其他的处理方法。
化学法是目前电镀废水处理中最常用的方法,通过向水体中投加一定的化学药剂,从而改变水体中污染物质的性质,使其与水体分离或达到无害化的目的。化学处理法主要包括:化学沉淀法、化学还原法、化学氧化法、铁氧体法及中和法等。化学法工艺比较成熟,但处理废水时需要投加大量的药剂,废水处理的成本相对较高。
物理法是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质,但处理物质的化学性质不改变,操作安全,深度净化的处理水可以回用。物理法处理电镀废水主要有蒸发浓缩、晶析、分离等。
物理化学方法是通过物理和化学的综合作用,使废水得到净化。常用的物理化学法有离子交换法、电解法、活性炭吸附法、斜发沸石吸附法及麦饭石吸附法等。
电镀废水的生化处理过程主要是利用微生物的生命活动过程,对废水中的污染物进行转移和转化作用,从而使废水得到净化的处理方法,是用生物来治理电镀废水的高新生物技术。活性炭-生物膜法利用活性炭的富集作用和生物膜的降解作用相结合,有望成为处理含氰废水较有前途的方法之一[3]。
2 废弃物处理电镀废水的原理
利用废弃物作为吸附剂处理电镀废水是一种物理化学方法。在处理过程中同时存在物理过程和化学过程,以物理过程为主,化学过程一般以提高物理过程为目的。通过分子间力、离子交换或化学键吸附等过程实现电镀废水中重金属的去除。这些作为吸附剂的物质一般都具有量大、易得、低成本、易再生等特点[4],已引起了人们的关注[5]。研究表明:许多废弃物是很有效的生物吸附剂,如橡胶碎屑、泥煤、玉米渣、椰子壳、烟煤、污泥灰、城市污泥、垃圾焚烧炉渣、飞灰、木屑、玉米棒、废羊毛、坚果壳、树皮、褐藻、沸石改性硅藻土、改性膨润土、改性海泡石、累托石等[6-7]。这些材料若不利用则需要进行专门的处置。通过简单经济的预处理,将之应用到电镀废水的处理中,不仅减少了废弃物的处理量,同时实现了电镀废水的处理,达到“以废治废”的目的。
3 废弃物处理电镀废水的应用情况
3.1 城市污泥改性物处理电镀废水
城市污泥改性物是Cr(Ⅵ)的有效的吸附剂,并且原料来源充足,制备工艺简单。经改性加工后用于含Cr(Ⅵ)电镀废水的处理,可实现“以废治废”、综合利用的目的。夏畅斌等[8]研究了在静态条件下以城市污泥改性物(MSMP)为吸附剂净化含Cr(Ⅵ)废水的实验。研究了含Cr(Ⅵ)废水的pH值、质量浓度、接触时间和吸附剂的质量浓度等因素对MSMP吸附Cr(Ⅵ)的影响;确定了MSMP净化含Cr(Ⅵ)废水的最佳条件:吸附时间为20 min,pH值为中性,Cr(Ⅵ)的起始质量浓度不超过50 mg/L,温度为30℃。结合实际操作,证实了MSMP可用于电镀废水中Cr(Ⅵ)的吸附处理。
3.2 城市污泥焚烧灰处理电镀废水
城市污泥灰(MSSA)除了富含硅铝物质外,还具有一定的比表面积和离子交换能力,可作为一种新型吸附剂。夏畅斌等[9]研究了MSSA对金属离子的去除效果,考察了起始pH值、吸附剂的质量浓度、金属离子的质量浓度和吸附时间对Cu(II)和Zn(II)去除率的影响。结果表明:MSSA对Cu(II)和Zn(II)具有较强的吸附性能,当吸附达到平衡时的接触时间为80 min,pH值为5.5~6.0,吸附剂的质量浓度为15.0 g/L时,去除率在90 %以上。因此,MSSA对电镀废水的处理有很好的效果。
3.3 飞灰吸附处理电镀废水
垃圾焚烧发电厂的飞灰具有比表面积较大、来源广、价格低廉等优点,且飞灰对重金属有较强的吸附性能,可以去除电镀废水中的Cu(II),Pb(II),Zn(II),Cd(II)等重金属离子,是一种理想、高效的吸附剂。方明中等[10]以垃圾焚烧发电厂产生的飞灰为吸附剂,就飞灰对电镀废水中Cu(II)的静态吸附特性进行了实验研究,着重探讨了平衡时间、pH值、飞灰的质量浓度、溶液的初始浓度等因素对Cu(II)吸附效果的影响。结果表明:当Cu(II)的吸附平衡时间为2 h,pH值为6时,吸附效果最好,对Cu(II)的去除率可达到87.01 %。
3.4 粉煤灰处理电镀废水
粉煤灰主要是以煤为燃料的火力发电厂排出的固体废物,是一种高分散度的集合体。它由大小不等、形状不规则的粒状体组成,具有较大的比表面积、吸附性能高等特点。灰粒表面的铁、铝通过酸浸激活可作为絮凝剂,灰粒又可作为絮凝剂的载体;而且酸浸后的粉煤灰比表面积增大,吸附性能提高;同时,粉煤灰来源广、价格低廉,可以解决小型电镀厂废水处理资金不足等问题。罗榕梅[7]研究了利用酸浸粉煤灰联合少量Fe(II)的方法处理电镀废水,分析了盐酸的浓度、还原时间、pH值、絮凝时间、粉煤灰的质量浓度、水样的初始浓度等对电镀废水中的Cr(Ⅵ),Cu(II),Zn(II)和Ni(II)的去除率的影响。
实验以10 mL 1 mol/L的盐酸浸泡0.5 g粉煤灰约5 min,联合少量FeSO4处理200 mL电镀废水,快速搅拌2 min,然后用NaOH调节pH值至6~8,慢速搅拌15 min,静置,取上层清液测定。实验发现:酸浸粉煤灰联合Fe(II)对电镀废水的处理效果既优于粉煤灰联合Fe(II)的处理效果,又优于原灰的处理效果。改变还原时间、絮凝时间、粉煤灰的质量浓度及水样的初始浓度对处理效果无太大影响。曾芳[11]利用盐酸浸泡粉煤灰联合Fe(II)的处理方法处理模拟电镀废水,分析了废水的初始浓度、pH值、还原时间、絮凝时间以及粉煤灰的质量浓度对模拟电镀废水中Cr(Ⅵ),Cu(II),和Ni(II)的去除率的影响。实验最佳条件:水样4~6 mg/L,盐酸1 mol/L,粉煤灰5 g,pH值8,絮凝15 min。其去除率分别是:Cr(Ⅵ) 97.3 %,Cu(II) 97.2 %,Zn(II)98.3 %,Ni(II) 92.6 %,平均去除率为96.4 %。大量实验证明:该法不仅能有效去除废水中的Cr(Ⅵ)及其他金属离子,而且絮凝体生成快,含水量少,污泥量小。
3.5 垃圾焚烧炉渣处理电镀废水
垃圾焚烧炉渣是城市垃圾焚烧后产生的固体废弃物,其物理化学性质取决于燃烧物体的性质、燃烧方式以及燃烧温度等,主要化学成分为SiO2和Al2O3,此外,还有少量CaO,Fe2O3和MgO等,呈碱性[12]。炉渣呈多孔蜂窝状,有较大的比表面积,有一定的吸附能力,是一种廉价的吸附剂,对许多有机污染物及废水中的重金属离子均有良好的吸附能力。陈华林等[13]以垃圾焚烧炉渣为吸附剂,对电镀废水中Cu(II)的吸附特性进行了研究,包括:吸附速率、解吸速率、吸附等温线和连续柱吸附实验等。结果表明:炉渣对电镀废水中Cu(II)的吸附平衡时间和解吸平衡时间均为8 h;炉渣对Cu(II)的吸附等温线为直线型,可用Henry型方程进行拟合;连续柱吸附实验结果表明,炉渣对电镀废水连续吸附55 h后吸附能力逐渐丧失,累计最大吸附量为921μg/g,而炉渣对人工配水连续吸附80 h后吸附能力完全丧失,累计最大吸附量为2 687μg/g。对炉渣进行合理的加工和处理,能使之成为一种优良的废水处理吸附剂。
3.6 泥炭处理电镀废水
泥炭因其所含腐植酸类物质对金属离子有很好的吸附作用,可作为一种天然的净化剂用于处理电镀工业废水[14]。泥炭净水剂的研制和应用为重金属废水处理提供了一种新方法、新材料。甄宝勤等[15]利用泥炭对含Cu(II)的电镀废水进行了吸附研究。结果表明:泥炭对Cu(II)有较好的吸附效果,改性泥炭对Cu(II)的吸附比天然泥炭的效果更好;在溶液的pH值接近中性,停留时间为2 h时,泥炭对Cu(II)的吸附率可达88 %以上。由于泥炭原料丰富、价格便宜、制备工艺简单、使用方便,因此,用泥炭作为净化剂处理含重金属离子废水是一种好方法。利用泥炭处理电镀废水现已延伸至应用微米泥炭处理技术,效果较好。微米泥炭具有良好的微粒松散度、易于吸附,且具有离子交换性能,经曝气澄清时,微粒能迅速分离,具有良好的混凝性和沉降性。郑重[16]应用微米泥炭处理电镀工业废水的研究表明,采用微米泥炭材料,对电镀废水中含有的氰化物、铬及重金属离子类物质具有良好的脱除效果;实验结果表明:经废水处理后,其水质均能达到GB 8978-1996标准,同时,可以使用质量分数为5 %的硫酸对微米泥炭进行再生利用。
4 展望
废弃物用于处理电镀废水,具有明显的经济效益、社会效益和环境效益,是循环经济和清洁生产在环保产业中的一种典型模式,应该加强其在环保各产业中的应用研究。将废弃物直接用于电镀废水的处理虽然具有一定的效果,但是处理深度不足。在以后的研究中应该加强对废弃物预处理的研究,通过对废弃物的改性,使废弃物的吸附性能、絮凝能力、机械强度等得到改善和加强,进而达到理想的处理效果[17-22]。对于如何对不同废弃物进行改性,将是该项技术的一个关键性环节。
目前我国电镀废水的治理任务还很大,应以循环利用为前提,以清洁生产为目的,以“以废治废”为根本出发点,寻求来源广、处理效果好的废弃物吸附剂,通过简单经济的改性,实现社会效益、经济效益和环境效益的统一。
参考文献：略
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