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重金屬電鍍廢水存“魔咒”?淺析電鍍廢水中重金屬處理方法

重金屬電鍍廢水存“魔咒”?淺析電鍍廢水中重金屬處理方法

2017-06-11

 電鍍是一門表面處理技術,又稱電沉積,是在材料表面獲得金屬鍍層的重要方法,是對國民經濟各行業發展起重要作用的加工技術。電鍍加工鍍種繁多,應用廣泛的有鍍鋅、銅、鎳、鉻、錫、鉛及金、銀等。電鍍行業是消耗金屬、水資源及能源的工業大戶,排放含有重金屬廢水是電鍍加工的特征之一。重金屬是危害自然生態環境的重要污染物,國家“十二五”規劃要求把重金屬的治理和預防擺在更加緊迫、更加重要的位置。如何治理重金屬電鍍廢水已成為電鍍行業乃至全社會共同關注的問題。

1.重金屬電鍍廢水的來源及危害電鍍生產工藝復雜,工序繁多。含重金屬廢水的來源主要有以下幾方面:

(1)前處理廢水。電鍍中普遍采用鹽酸、硫酸進行除銹、除氧化皮及浸蝕處理,工件基體重金屬離子溶解在清洗液中;

(2)電鍍工藝過程中(包括化學拋光和電化學拋光)各工序清洗水。清洗水中含有重金屬鹽類、表面活性劑、絡合物和光亮劑等。清洗廢水占電鍍廢水的絕大部分;

(3)廢棄電鍍液。長期使用的鍍液,雜質不斷積累,當難以去除時,不得不將一部分或全部廢棄;化學鍍液超過使用周期也會形成含重金屬廢液;

(4)其他廢液。包括不合格的工件退鍍、鍍液分析、清洗濾芯、清洗生產場地、廢氣治理的廢液及各種設備的“跑、冒、滴、漏”造成的廢水。

不難看出電鍍產生的含重金屬離子的廢水數量很大,成分繁雜。據不完全統計,我國電鍍企業已有 15000 家,每年排放含重金屬廢水約4 億m3。電鍍廢水中含有環保方面認定的危害重金屬主要有鉻、銅、鎳、鉛、鋅及鎘等。重金屬在自然界中難以降解,有很強的隱蔽性和富集性,重金屬廢水排入水體中造成水質變壞,Cr(Ⅵ) 在水中超過10 mg / L 可造成多數水中生物死亡。2012年1月,廣西龍江宜州拉浪段發現鎘污染,造成 133萬尾魚苗和40000 kg 成魚死亡。用含重金屬廢水澆灌農田會影響農作物的產量和品質,嚴重時造成農作物絕收。

我國國土資源部曾公開表示,我國每年有1200萬噸糧食遭到重金屬污染,直接經濟損失200億元以上。重金屬對人的危害極大,水生動植物從污染水體中攝取重金屬在體內富集,通過食物鏈進入人體,在人體的某些器官積蓄起來造成慢性中毒。20世紀60年代,日本發生的水俁病和骨痛病就是由重金屬汞和鎘引起的。后來的研究證明,鎘在人體內會取代鈣形成鎘硫蛋白,通過血液循環輸送至全身積蓄于肝臟和腎臟,造成骨質疏松,骨骼萎縮變脆,并引起貧血。

現代醫學研究表明,一些重金屬離子進入人體會使人致癌、致畸、致染色體突變,潛伏期可達數十年,一旦發病后果不堪設想,有人把重金屬危害形容為“慢刀子殺人”,是“生物定時炸彈”。2.處理辦法2.1中和沉淀法公式的推導可參見文獻[1]。由上述兩式可從理論上計算達標排放應達到的pH值及給定pH值下殘存金屬離子的質量濃度。

由此可見,金屬離子的質量濃度相同時,溶度積常數 Ksp越大,沉淀達標所需pH值越高;允許殘留金屬離子的質量濃度越小,所需pH值也越高。2.1.2 存在的問題

(1)混合沉淀所需pH 的不可兼容性若以殘留金屬離子質量濃度為 1 mg/L 來計算沉淀達標所需的p H,Zn2+為 8.058,Pb2+為 8.882,Ni2+為9.487,Cd2+為 10.215,Ag+為11.211,而Cr3+僅 5.514[1]。以化學法處理廢水時,從化學平衡移動原理出發,往往要過量投藥。例如用硫酸亞鐵還原 Cr(VI),理論投藥比不大于5,但實際投藥比應達到 16。中和沉淀廢水中廣泛存在的 Ni2+,理論上pH值約為 9.5,實際應達到 9.7(征求意見的新標準由1 mg/L 提高到0.5 mg/L,因此所需pH值更高)。為沉淀 Ni2+將 pH 調高到近10,此時 Al(OH)3、Zn(OH)2、Pb(OH)2、Sn(OH)2等兩性氫氧化物又會部分復溶而超標,Cr(OH)3轉換為亞鉻酸鹽而使鉻超標,顧此則失彼。

(2)反復調整pH值而造成處理成本很高對含鉻廢水分質排放,還原 Cr(VI)時pH 應在 3.5以下(pH值越低,還原越快,反應越徹底);若不分質排放,整個廢水pH值均要調低,酸用量更大。中和沉淀Ni2+等,又要加入大量的堿,調pH值接近10。此時,排放廢水的pH值又超標了(規定為 6-9),又得在沉淀徹底分離后,用不含有害金屬離子的酸調低pH值使其達標。據報導,用此方法處理廢水的成本一般高達5—7 元/t,處理塑料電鍍廢水甚至高達10元/t。 

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