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金属表面处理所产生废水的电凝固法处理

关键词:金属表面处理所产生废水的电凝固法处理  发布日期:2017-03-01
来源:网络  行业技术     在美国,所有排放到公有处理厂(POTW)的工业废水,都要受美国联邦法规第403部分标准(美国环保局1984年颁布)第40条一般规定的约束。第403部分禁止将可能对一个公有处理厂的运行能力(包括干扰它回收和处置城市污泥(即生物固体)造成干扰的污水排放到市政污水收集系统当中。犹他州的希尔空军基地(简称希尔AFB)工业废物处理厂(IWTP,)目前对来自超过82个不同的工业设施所产生的工业废水进行处理和排放,处理和排放量约为1,135,624升/天。由于由多种工艺产生的废水都排入到IWTP废水收集系统中,其处理厂流入废水的pH值在2-14范围变动。电镀及其它金属表面处理操作,是IWTP处理厂进水流中含有重金属的主要来源。混合有机(和一些无机的)化学品,如去污剂,表面活性剂以及其它与金属表面处理和电镀工艺有关的螯合剂物质的存在,使这些工业废水流的处理变得更为复杂。在实验室规模的试验中,我们发现,在存在螯合物质的情况下,电凝固法能有效地将IWTP进水中靶向重金属污染物的浓度减少到低于它们排放限制值的水平,而且相对于标准化学沉淀法运营成本更低,污泥产出量更少,出水的水质更适合再利用。1材料与方法目前被评估的中试规模的电凝固法装置,被设计用于处理金属表面处理工艺所产生的、流量为113L/分钟的工业废水。在中试规模的电凝固法装置的启动过程中,所使用的流入废水是从IWTP的进水流中截取的一个支流。为了评价电凝固法的性能,将IWTP工业废水进水流量的一部分(即侧流)引入了容量为3785升的混合罐,并使用浸没式离心泵将混合罐中的废水抽入电凝固的装置中。在电凝固法中试规模的试验中,评价的主要操作参数包括废水溶液的pH值、金属的含量,螯合剂的浓度和牺牲阳极材料。电凝固法装置中装有217块铁板,每块铁板的尺寸是宽度208毫米,长度762毫米,厚度3.2毫米。将这些铁板安放成彼此平行,并采用置于电凝固罐体中的塑料轨道,使每块铁板之间的水平距离或“缺口”保持为3.2毫米。通过将流入废水的流速设定为113.5升/分,使液体滞留在电凝固装置中的时间保持在1分钟。为了量化废水的pH值对电凝固法性能的影响,通过使用一份浓缩的氢氧化钠溶液或硫酸溶液,将流入废水的pH值调整到5.6至10.5的范围内。为了确保在流入的废水中有足够的被调节金属,在每次试验之前,贮水箱中的废水都被“掺入”了从特定金属表面处理工艺中获得的富含这些金属的溶液,包括氧化镉、铬酸、和氨基磺酸镍等溶液。为了确定螯合物质对电凝固法性能的潜在影响,将一种脱漆溶剂加入到了入口废水中。在3785升的混合罐中,将脱漆溶液以1:6的体积比加入到工业废水中。当苯甲醇的浓度从30%变化到60%时,脱漆溶剂中过氧化氢的浓度值从5%变到了10%。最后,分别使用铝板和铁板作为牺牲阳极对电凝固法的工序进行了评价。为了比较不同牺牲阳极材料的性能,使安装的铝板具有和铁板相同的物理尺寸,水平距离保持在3.2毫米。为了确定在电凝固法处理过程中污染物的滤除情况,在每次测试期间,都分别取三个独立的(100毫升)进水样本和三个独立的(100毫升)出水样本。在进水泵启动约5分钟后,对流入和流出的废水进行采样。首先,用浓硝酸对所有流入和流出的样品进行酸化,然后在使用感应耦合等离子体(ICP)分光光度法对金属浓度进行分析之前,用0.45微米的过滤器对样品进行过滤。将每组三个样品的平均重金属浓度与标准偏差一起计算出来。2结果与讨论试验结果显示,铬元素的滤除率始终保持在99%以上,但是镉和镍的滤除率都低于25%,装置出口的水中镉元素浓度高于监管限制值的0.04ppm。为了提高电凝固法系统的性能,增加了施加到牺牲电极的电流和电压值。当电位升高到220V,电流升高到85A时,发现所有三个目标重金属的滤除效率都增加了。进一步将电位增大到405V,同时减小电流至60A,会导致镉和镍的滤除效率变得更高。虽然我们发现铬和镍的浓度都远低于废水监管排放限值,但是镉的浓度仍高于其0.04ppm的允许排放水平。此外,随着电流的增加,起泡现象成为了一个显著的问题,这表明,更多的电流被消耗在了水解副反应中,从而导致产生了更多的气体。为了确定pH值对去除目标金属的影响,用浓硫酸将流入废水的pH值从8.8降低到6.9,结果显示除了铬元素以外,其他靶向金属的滤除效率都降低了。然而,当通过加入氢氧化钠将流入溶液的pH值增加到7.2的时候,所有目标重金属的滤除效率都达到了规定的水平。这些结果表明,确定流入废水的pH值,并将其维持在一个“最佳”水平,对于确保使用电凝固工艺能有效地滤除重金属是至关重要的。螯合物质对电凝固法处理的影响。在满足规定达标排放方面,最具挑战性的一个目标是,在存在螯合物质的情况下,有效地滤除目标重金属。当螯合物质以很高的浓度存在时,它会削弱标准金属沉淀方法从溶液中滤除目标金属的能力。为了确定在存在螯合物质的情况下,采用电凝固法是否可以实现并能保持重金属达标排放,我们在3785升的混合罐内制备了一种含有脱漆溶液的溶液,在被引入到电凝固系统中之前,用氢氧化钠将混合溶液的pH值调节至8.0,再研究存在脱漆剂溶剂时的滤除效率与不存在脱漆溶剂时的处理效率的对比情况。结果表明,工业废水中存在的螯合剂物质,能降低电凝固法除去重金属污染物的能力,同时由于脱漆溶液的存在,加快了泡沫的产生速度和泡沫质地的稳定性。使用铝作为牺牲阳极。在用铁板完成了中试规模的测试以后,使用铝板作为牺牲阳极对电凝固装置进行了重新配置。用电凝固法处理的工业废水,仍是从IWTP废水进水流当中截取的一个支流。中试规模试验的结果表明,在使用铝电极时,电凝固系统在酸性pH值条件下处理工业废水时,表现得更好。在pH值为5.6时,当电势保持在375V,电流保持在恒定的60A时,镉、铬和镍从各自的0.552、49.695和13.675ppm的入口浓度分别减少到0.013,2.674和0.835ppm。当电位升高到400V,电流增加到75A时,重金属的滤除效率基本上保持不变。3结论(1)基于中试规模的研究结果表明,电凝固法有可能滤除所有三种靶向重金属镉、铬和镍,使其达到排放标准的水平。(2)废水的pH值对电凝固法处理金属表面处理工艺所产生的废水的能力产生了重大影响。当采用铁板作为牺牲阳极时,溶液的pH值保持在6.9至8.8范围内时,除铬的效率超过了99%。镉和镍的滤除对pH值较为敏感,当溶液的pH值维持在7.2的微碱性时,这两种重金属的最大滤除效率在75%以上。在一般情况下,增加电流和电势能够提高金属污染物的滤除效率,但在某些情况下,电流的增加会导致产生的泡沫显著增加。(3)在存在螯合剂物质的情况下,电凝固法过程很难稳定地去除重金属污染物镉和镍,这主要是镉和镍倾向于与螯合物质形成配位络合物,能够有效地稳定溶液中的金属。结果还表明,在采用电凝固法处理废水之前,对废水进行预处理以便中和或消除螯合物质,可能是必要的。(4)使用铝板作为牺牲阳极,有可能将目标重金属的浓度降低到低于其达标排放的水平。在酸性pH值条件下,电凝固法能够令人满意地处理金属表面处理工艺所产生的废水。(来源:钢铁产业)无锡泰源,无锡泰源机器,无锡研磨机