混凝 微濾法處理含銅 鎳電鍍廢水試驗研究
［摘要］針對目前太湖地區日益提高的電鍍廢水排放標準，提出采用混凝-微濾膜過濾組合工藝來去除電鍍廢水中的銅和鎳。從工程應用的角度出發，研究并探討FeSO4混凝-微濾膜法去除電鍍廢水中銅、鎳時的影響因素，并確定其最佳運行參數，考察該組合工藝的實用 性。所取電鍍廢水中Cu2+質量濃度為57.6mg/L，Ni2+質量濃度為42.0mg/L，采用FeSO4混凝劑及PVDF微濾膜處理后，出水中 Cu2+和Ni2+質量濃度為0.15、0.87mg/L，低于國家《污水綜合排放標準》一級排放標準要求，同時具有較強的經濟適用性。
［關鍵詞］混凝；微濾；電鍍廢水
［中圖分類號］X703.1［文獻標識碼］A［文章編號］1005-829X（2010）05-0064-03
電鍍廢水中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多種金屬的離子，對環境有較大的毒害作用〔1〕。各電鍍廠通常是采用化學沉淀的方法，即通過加NaOH調pH，形成氫氧化物沉淀，藉此達到去除大多數重金屬離子的目的。然而在長三角的環太湖地區（無錫、常州等 地），在太湖藍藻事件后，要求的電鍍廢水的排放標準已于2008年底由國家二級排放標準提高到國家一級標準，簡單的化學沉淀很難達到要求。鍍銅和鍍鎳是較流行的電鍍工藝，筆者選擇電鍍廢水中銅和鎳作為研究對象，采用混凝-膜過濾工藝處理電鍍廢水，并考察了其處理效果。在該工藝中，先對廢水進行混凝預處理，所用混凝劑為 FeSO·47H2O；而后采用0.1μm的中空纖維微濾膜對廢水進行過濾，該膜為非對稱結構，可截留直徑為0.03~10μm的懸浮物、顆粒雜質、大分 子物質、膠體等，當這些物質經過膜孔時，微濾膜可通過機械截留、吸附截留、架橋和膜內部的網絡截留等作用方式將其去除〔2〕。
1·實驗
1.1實驗儀器與藥品
儀器：浸沒式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維微濾膜組件，天津膜天膜公司制造，尺寸300mm×250mm×450mm，膜孔徑0.1μm，膜面積1m2；MY3000-6智能型混凝實驗六聯磁力攪拌儀；721分光光度計；PXS-270雷磁離子計。
試劑：CuSO4·5H2O、NiSO4、FeSO·47H2O等，均為分析純試劑；質量分數1%的FeSO4溶液；質量分數20%的NaOH溶液。
1.2廢水來源及水質
實驗用含銅電鍍廢水為常州市金業電鍍廠酸洗后鍍銅鍍鎳的混合清洗廢水，含有Cu、Ni、Zn、Fe、Ca等多種重金屬的離子，其中主要重金屬離子指標為：Cu2+57.6mg/L，Ni2+42.0mg/L。
1.3混凝條件實驗
影響混凝效果的主要因素有：混凝劑投加量、溶液pH、廢水濃度及攪拌速度和時間等，下面將就這些因素對FeSO4·7H2O混凝劑混凝效果的影響進行考察。
1.4微濾膜曝氣流量實驗
混凝后，用0.1μm微濾膜進行膜過濾實驗，分別設曝氣量為0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6m3/h，考察曝氣量對膜過濾去除銅、鎳效果的影響。
2·結果與討論
2.1混凝劑投加量對混凝效果的影響混凝劑的投加量對其混凝效果有著重要的影響，如圖1所示。
由圖1可以看出：FeSO4對廢水中的Cu2+、Ni2+有明顯的混凝作用，在0~62.50mg/L投加質量濃度范圍內，Cu2+和 Ni2+去除率的曲線變化規律基本一致，均隨著投加量的增加呈先上升后下降的規律。在7.5~18.75mg/L范圍內，Cu2+去除率均在99%以 上，Ni2+去除率在90%以上；當投加質量濃度分別為15mg/L和12.5mg/L時，Cu2+、Ni2+去除率達到各自最大值99.60%、 93.13%。綜合考慮最佳投加質量濃度選擇14mg/L。
另外，在實驗中發現混凝劑投加量過大會導致溶液pH下降，一定程度上破壞了Fe（OH）2和Fe（OH）3的共存平衡，導致混凝、吸附、架橋作用下降〔3〕，這是亞鐵隨投加量增加而混凝能力有所下降的主要原因。
2.2溶液pH對混凝效果的影響
每種混凝劑都有不同的pH適宜范圍〔4〕。對于FeSO4，只有在合適的pH條件下，混凝劑中大量的Fe2+、Fe3+才能最大程 度上水解，聚合成多核羥基絡合離子，更好地發揮其混凝作用，使微粒脫穩而被混凝去除。在不同的pH條件下進行了FeSO4混凝實驗，結果見圖2。
由圖2可以看出，pH在6.0~9.5之間，Ni2+去除率從16.74%增大到94.59%，當pH為7.0時，Cu2+去除率就可達到 96%以上，pH在7.0~8.5之間，Cu2+去除率隨著pH的升高緩慢增加，在pH為8.5時，Cu2+去除率達到最大值99.47%。
總體而言，pH在8.5~9.5之間FeSO4對Cu2+和Ni2+都有良好的混凝效果。
2.3廢水初始濃度對去除率的影響
廢水的初始濃度也是混凝實驗需要考察的一個必不可少的因素，分別配制不同濃度的混合銅鎳廢水，考察Cu2+、Ni2+初始濃度對去除率的影響，結果如圖3所示。
由圖3可看出：FeSO4對Cu2+、Ni2+的混凝效果均隨著Cu2+、Ni2+初始濃度的增加而增加，而且FeSO4對Cu2+的去除 效果要優于Ni2+。另外Ni2+的剩余濃度服從較好的線性關系，而這種線性關系也決定了亞鐵混凝法不適宜于處理高濃度的含Cu2+、Ni2+廢水，否則 還要做后續處理。
2.4曝氣流量對膜截留效率的影響
曝氣造成的向上流動的氣-液混合物產生的膜面剪切力及膜面振動可有效阻止截留組分沉積在膜面上，以控制膜污染，因此適當增加曝氣量 是有益的〔6〕。但是曝氣量過大時，膜面流速增大，同時膜面沉積物受到的剪切力也增大，隨著反應器內剪切力增大，會導致膜表面沉積顆粒粒徑減小，從而使濾 餅結構更加致密，阻力增大，能耗增加。
通過實驗發現，混凝后廢水中銅鎳去除率隨著曝氣量的增加逐漸增加，且均在0.4m3/h以后增加趨于平緩，在0.5m3/h處達到最大值。所以膜過濾的曝氣量選擇0.5m3/h。
2.5真實電鍍廢水處理
根據上述實驗數據，設計了混凝沉淀-膜過濾組合工藝處理真實電鍍廢水，工藝流程見圖4。
圖4中自行設計的膜過濾裝置尺寸為0.5m×0.5m×0.7m，底部裝有排泥閥和曝氣裝置，右側帶有LZB玻璃轉子流量計以控制曝氣強度，具備自動反沖洗功能，通過開關控制實現過濾 和反沖洗過程的交替轉換。空氣泵由外向內壓縮空氣，采用連續曝氣和間歇式出水的方式運行，曝氣量0.5m3/h，廢水初始流量為12L/h左右，運行穩定 后流量保持在11L/h；調節電鍍廢水樣pH為9左右，加入FeSO4混凝劑14mg/L，100r/min攪拌10min，靜置10min，上清液抽入 微濾膜過濾裝置，經膜處理后取濾出液測定其中銅、鎳含量。出水中Cu2+和Ni2+質量濃度為0.15、0.87mg/L，達到國家一級排放標準要求的 0.5、1.0mg/L。
3·結論
對于含銅、鎳電鍍廢水，目前有不少電鍍廠采用PAC作混凝劑。采用上述實驗方法，對PAC的混凝效果也進行了考察，僅就電鍍廢水中的銅、鎳等重金屬而言，FeSO·47H2O的混凝效果和PAC相當，但價格卻低得多，因此更為經濟適用。
單一的混凝法難以達到很高的去除效果，但經混凝處理后進一步采用膜過濾進行處理，可達到很高的去除率。因此采用混凝-微濾法處理電鍍廢水，以提高排放電鍍廢水的水質是可行的。
亞鐵混凝-微濾膜法處理電鍍廢水和化學沉淀法比較，前者一次性投資較大，但實際處理過程中后者藥劑投加量比混凝-微濾法大得多，成本明顯高于前者。
另外通過實驗，獲得了混凝-微濾膜法處理電鍍廢水流程的優化參數，FeSO4最佳投加質量濃度為14mg/L，pH為9.0左右，微濾膜曝氣流量為0.5m3/h。
在上述優化參數條件下，經混凝-微濾膜法處理后，最終出水中Cu2+、Ni2+濃度均低于國家一級排放標準。
［參考文獻］
［1］安成強，崔作興.電鍍三廢治理技術［M］.北京：國防工業出版社，2002：13－19.
［2］李琳.膜技術基本原理［M］.北京：清華大學出版社，1999：77－78.
［3］Shen Hanming，Zhang Qifeng.Risk assessment of nickel carcino-genicity
and occupational lung cancer［J］.Environmental Health Perspective，
1994，102（suppl1）：275－282.
［4］湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的混凝形態學［J］.環境科學學報，1998，18（1）：1－10.
［5］張學洪.含氰含鉻電鍍廢水處理技術研究［J］.哈爾濱建筑大學學報，1999，32（6）：27－30.［作者簡介］張志軍（1973—），2004年畢業于成都理工大學，工學博士，副教授。
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