微电解法处理电镀废水中的有机物
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文章介绍了电镀废水中有机物的来源、特点和处理难点，分析了微电解法处理电镀废水有机物的优势，并通过实验研究了微电解法处理电镀废水有机物的最佳参数和处理效果。 [中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2012)07-0126-02 1.电镀废水概述 1.1电镀废水中有机物来源、种类及特性 电镀流程主要分为前处理工序、电镀工序、后处理工序和退镀工序等四部分，其中前处理工序是电镀废水有机物的主要来源，约占整个电镀生产的80%以上。 由于镀件在制造、加工、搬运、储存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘等污物附着于镀件表面上，若不去除这些污物而进行电镀将得不到良好的镀层，电镀前处理的目的是为了得到良好的镀层而去除这些污物。电镀前处理主要的工艺有抛光、打磨、除油(脱脂)、除锈、除蜡等，所用药剂一般为高浓度酸碱、有机溶剂、表面活性剂及各种有机添加剂等，加上前处理过程中从工件上剥落下来的油、蜡等物质，造成了电镀前处理废水中极高的有机物浓度。对于电镀前处理，排放含有机物的废水主要为母液和清洗水。其中母液COD极高，一般可达20000mg/L以上。电镀前处理的清洗水，则是经过用母液除油、除蜡等过程后，将工件表面残留的母液清洗下来而产生的废水，清洗用水一般使用自来水，因此该废水中有机物主要来自于工件从前一处理缸中带过来的残留母液，因而相较于母液，电镀前处理清洗废水中有机物的浓度低了很多，其COD一般600～1200mg/L，但仍属于中高浓度的有机废水。 1.2电镀废水中有机物的处理难点 经过前面的分析可知，电镀废水中的有机物主要来源于电镀的前处理工序，其中主要污染物是油类、表面活性剂及有机溶剂等，这些物质均是高分子有机物，属于难降解的复杂的有机物；另外该废水酸碱浓度大，含有一定量的金属离子，且可能含有氰化物。因此电镀前处理废水虽然有机物含量高，但可生化性差，水质波动大，水质具有一定毒性。 2.微电解法处理电镀废水有机物的优势 2.1微电解法工艺原理 微电解工艺是基于金属材料(铁、铝等)的腐蚀电化学原理，将两种具有不同电极电位的金属或金属与非金属直接接触在一起，浸泡在传导性的电解质溶液中，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀原电池(包括宏观电池与微观电池)，微观电池是由铁屑本身以极小颗粒状态分布的碳化铁及一些杂质的化学电位高于纯铁而引起，而宏观电池则是铁屑中加入宏观阴极材料如石墨、焦炭、活性炭、煤块等使铁、炭材料直接接触而形成，相当于在铁屑受微电池腐蚀的基础上，进一步强化了腐蚀或微电解作用，金属阳极被腐蚀而消耗，同时电化学腐蚀又引发了一系列连带协同作用，故铁炭微电解法是絮凝、吸附、共沉，电沉积，电化学还原等多种作用综合效应的结果。其中铁屑作为阳极被腐蚀，而炭粒或者碳化铁作为阴极，电极反应如下：   2.2微电解法处理电镀废水有机物的优势 前文已述，电镀有机废水特征为有机物含量高，可生化性差，酸碱浓度大，含有一定量的金属离子，有可能会含有氰化物。微电解工艺通过其原电池反应及各种物理化学作用，可以产生一系列的氧化还原、吸附絮凝、电场及气浮等作用，特别适合于难降解的有机废水，可以极大地提高难降解有机废水的生化性。同时对于含有Cu2+、Pb2+等重金属离子和氰化物的废水，微电解可以很好地将之去除。对照电镀有机废水的特点和微电解的适用性，可知微电解用于电镀有机废水，可同时去除废水中的有机物、总金属离子和氰化物，并且提高生化性。这就是微电解用于电镀有机废水的优势所在。 3.实验方法和过程 微电解的主要影响参数有pH、反应时间、铁碳比、曝气量等，文章通过对这几个参数进行试验，分别找出各个参数的最佳值，然后在最佳工艺参数下对废水进行试验，找出微电解对电镀有机废水有机物的去除效率和提高可生化性的效果。本试验装置处理水量为2m3/h，采用连续进水连续出水的处理方式。试验在中山某电镀污水处理厂现场进行，试验废水取自该污水处理厂的前处理废水池，试验通过调整不同的反应pH、停留时间、铁碳比和曝气量等参数分别进行。其中反应pH通过仪表自动调整，反应时间通过改变废水泵出口的流量实现(微电解反应槽容积一定，废水泵出口流量小，则反应时间短，反之则长)，曝气量通过压缩空气流量计和阀门调整，铁碳比则人工配置后再添加到微电解反应器中。 4.结果与讨论 4.1pH对COD去除率的影响 在试验过程中，在保持反应时间(60min)、铁碳比(质量比1.5∶1)和曝气量(气水比10∶1)的条件下，取各次不同pH试验中COD去除率的平均值作为某pH时试验的结果，试验结果如图1所示。从图1可以看出，pH对运行效果的影响呈现出了较明显的变化趋势：COD的去除率随着pH的降低而升高，也就是说，pH越低越有利于COD的去除。究其原因，是因为在酸性条件下进行的铁炭微电解过程包括了铁的电化学溶出、酸溶出、新生态氢原子的还原、曝气给氧引起的氧化和在混凝过程中新生态氢氧化亚铁的强还原性和铁盐的沉淀作用，这些过程都直接或间接地受pH的影响。结合氧化还原半反应的电极电位可知，强酸性环境有利于铁的电化学溶出和酸溶出，低pH环境具有较高的溶解性铁离子，在后续的混凝过程中产生较多的沉淀，此时，大量的絮凝沉淀物也增加了对废水中有机物的夹带、吸附量。从曲线也可以看出，虽然pH越低，COD去除率越高，但当 pH降到3以下时，COD去除率增加得相当缓慢。因此从经济性方面考虑，最佳反应pH为3。  4.2铁碳比对COD去除率的影响  在试验过程中，在保持pH (3)、反应时间(90min)和曝气量(气水比10∶1)的条件下，取各次不同铁碳比试验中COD去除率的平均值作为某反应时间时试验的结果，试验结果如图2所示。从图中可以看出，随着铁炭质量比的增加，去除效果也随之提高。当铁炭质量比在0.5时处理效果较低，而当质量比在2.0以上时，处理效率增加缓慢趋于相近，超过2.5则出现效率缓慢下降现象。可知铁炭比过大过小对处理效果都不利。当铁炭比太小时，不仅铁屑本身的微观原电池较少，同时铁炭宏观原电池也较少，并且过多的活性炭使废水与电极反应活性产物之间的接触几率减小，电极反应速率下降，处理效果不佳。而随着铁炭比逐渐增大，原电池的数量随之增加，使处理效果提高，但到一定程度后，铁炭宏观原电池的数目达到定点。当铁炭比过大时，尽管铁屑本身的微观原电池较多，但是宏观原电池的数量不足，导致处理效果缓慢下降。铁溶出分为两个部分，一是电化学溶出，一是酸溶解。当铁炭比过大时，宏观原电池的不足导致更多铁离子酸溶出，不仅没有更大的促进处理效果，反而增加了许多无效的铁溶解，增加污水处理和污泥处理成本。因此根据试验结果分析，铁碳比最佳值应该在2.0左右。 4.3反应时间对COD去除率的影响 在试验过程中，在保持pH (3)、铁碳比(质量比2.0∶1)和曝气量(气水比10∶1)的条件下，取各次不同反应时间试验中COD去除率的平均值作为某反应时间时试验的结果，试验结果如图3所示。从图可以看出，反应时间对运行效果的影响呈现出了较明显的变化趋势：COD的去除率随着反应时间的延长而升高，也就是说，反应时间越长越有利于COD的去除，这主要是因为接触时间越长，反应进行得越充分，从而COD去除率越高。 但当反应时间超过90min后，COD的去除率趋于平稳，导致这种现象的主要原因有两个，一是由于微电解反应过程消耗了溶液中的酸，pH不断升高，高pH环境不利于微电解反应过程的顺利进行；二是废水中容易被微电解反应所去除的有机物的浓度逐渐降低，剩下部分的有机物则是微电解难以分解的，因此去除率慢慢趋向平稳。 通过以上分析，结合图3，从经济性和实际应用方面考虑，最佳的反应时间确定为90min。  4.4曝气量对COD去除率的影响  取各次不同气水比试验中COD去除率的平均值作为某气水比时试验的结果，试验结果如图4所示。从图中可以看出，随着曝气量的增加，废水的处理效果也逐渐提高，当气水比为15以上时，处理效率提高缓慢。曝气量能提高COD去除效果的主要原因有二：一是曝气可以补充微电池电解过程中消耗掉的水中溶解氧，使水中溶解氧维持在饱和状态；二是曝气加大了废水的搅拌，增加了废水中的铁、碳和有机物的接触机会。由于酸性有氧条件下阴极的电极电位比无氧条件下的电极电位要高，铁的腐蚀速度就比无氧条件下的腐蚀速度要快，因此，曝气可以加快微电池电解反应速度。试验数据表明，曝气量增大对COD去除有益，但当气水比超过15时，处理效果增加缓慢，原因是水中的溶解氧已经达到接近饱和状态，继续增大曝气很难显著提升效果。由试验数据表明，最佳气水比为15。 4.5最佳参数下的COD去除率 经过前面的试验和结果分析可知，微电解在处理电镀有机废水中的最佳运行参数是：pH为3，反应时间90min，铁碳比2.0，气水比15。在此最佳运行参数的条件下，分别对废水进行多次试验，取平均值进行讨论。试验数据见表1。  由表中数据可知，在最佳的运行参数下，微电解对于电镀有机废水的COD去除率平均可以达到71.88%。未经处理的废水的B/C值平均为0.12，属于生化性差的废水；经过微电解处理，废水的B/C值提高到0.31，属于可生化性较好的废水。 5.结论 (1)对于电镀有机废水，微电解工艺的最佳运行参数：pH为3，反应时间为90min，铁碳比为2.0，气水比为15。 (2)在最佳运行参数下，经过微电解工艺处理后的电镀有机废水的COD去除率平均可以达到71.88%，B/C由0.12提高到0.31，显著提高可生化性。 |
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