電鍍廢水中氨氮及COD的去除

1、 電鍍廢水中氨氮及COD的去除電鍍廢水中有機物來自電鍍前處理添加的大量表面活性劑預(yù)膜劑、及其它部分助劑（如緩蝕劑等）；電鍍工藝過程中添加的光亮劑等多組分混合高分子有機化合物和電鍍后處理工藝中添加的脫水劑、抗腐蝕劑等，多種電鍍的電鍍工藝中添加氨水、氯化銨等化學(xué)藥品。目前對于價格較高的幾種金屬如鎳、銅等已實現(xiàn)部分或全部回收，電鍍廢水處理的一般方法化學(xué)沉淀、離子交換等，金屬處理技術(shù)并未去除電鍍廢水中有機物及氨氮，反滲透、電滲析、活性炭吸附等去除重金屬的同時也對有機物具有良好的去除效果，但由于處理成本高，應(yīng)用受到極大的限制。隨著太湖流域水質(zhì)標準的制定，電鍍廢水中的COD和氨氮的去除也引起廣泛的關(guān)注。目

2、的：（1）探討鐵碳微電解對水中金屬、COD和氨氮的去除能力；（2）研究水解酸化對電鍍廢水COD及氨氮的去除情況，對BC比的影響；（3）探討活性污泥對電鍍廢水中COD及氨氮的去除效果；（4）研究鐵碳+水解酸化+好氧MBR對電鍍廢水中COD和氨氮的去除作用。1 材料與方法1.1 分析方法本試驗中涉及到的分析檢測方法如表1所示，具體操作過程請參見2002年水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）。1.2試驗裝置與方法本試驗中所用的儀器設(shè)備如表2所示。所用電鍍廢水取自上海某電鍍廠生產(chǎn)廢水預(yù)處理后納管口，各項水質(zhì)指標如表3所示。本試驗所選用的工藝流程如圖1所示。電鍍廢水首先進入鐵碳反應(yīng)槽，再進入水解酸化池和MBR

3、反應(yīng)池。其中，鐵碳反應(yīng)的原料為鐵刨花，在反應(yīng)池中加入鐵刨花，調(diào)節(jié)pH值至酸性，通過曝氣使廢水與其充分接觸，反應(yīng)完全后，排水至沉淀池，取上清液進行檢測。水解酸化池的體積為6.9L，空床停留時間約為15h，MBR反應(yīng)池體積3L，空床停留時間7h左右。首先通過檸檬酸配制的電鍍模擬廢水對活性污泥進行培養(yǎng)馴化后，逐步按照20%、50%、100%的比例在進水中添加實際電鍍廢水。2試驗結(jié)果與討論2.1鐵碳反應(yīng)原理及作用效果當(dāng)廢棄的鐵刨花置于水中時，由于鐵（陽極）和碳化鐵（陰極）之間存在一定的氧化還原電位差，在鐵刨花內(nèi)部形成了許多細微的原電池；此外，鐵和其周圍的炭粉又形成了較大的原電池。廢水中的鐵和碳發(fā)生內(nèi)部

4、和外部的雙重電解，即微觀和宏觀原電池反應(yīng)。電極反應(yīng)生成具有很高活性的新生態(tài)H+，能夠跟廢水中多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時，金屬鐵能夠和廢水中的重金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，已有研究證實使用鑄鐵屑和焦炭以21比例作為鐵炭的原料，對Cr6+、Cu2+、Ni2+的濃度分別為50、15、10mgL的電鍍廢水進行預(yù)處理，出水三種重金屬的濃度分別為2.5、0.75、0.5mgL；鐵碳反應(yīng)后通過調(diào)節(jié)pH值至中性或堿性，可將水中大量剩余Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+并通過水解作用產(chǎn)生一系列含有羥基的簡單單核配離子向膠體型轉(zhuǎn)化，最終形成大顆粒的Fe（OH）3沉淀，在這一過程中，多核配離子不僅對膠粒產(chǎn)生電性中和作用，降低電位，

5、發(fā)生聚集，而且它的鏈狀線性結(jié)構(gòu)可以在已經(jīng)中和的膠粒之間起粘接架橋作用，使它們很快凝成較大的絮體，加速沉淀，網(wǎng)捕卷掃微小沉淀顆粒，提高了去除率，可將COD為8001200mgL的電鍍前處理廢水降低至80120mgL。由此可見，鐵碳不僅對重金屬具有催化還原作用，對廢水中的有機物也有良好的處理效果，鐵碳的反應(yīng)時間及反應(yīng)初始pH值對鐵碳反應(yīng)結(jié)果有顯著的影響。2.1.1反應(yīng)時間對鐵碳效果的影響鐵碳反應(yīng)的適宜初始pH值為酸性，在反應(yīng)過程中pH值隨反應(yīng)時間的延長而升高，為了探索電鍍廢水進行鐵碳反應(yīng)至終點所需要的時間，確定最佳反應(yīng)時間以及考察在鐵碳反應(yīng)pH值達到穩(wěn)定后，持續(xù)曝氣對廢水水質(zhì)是否具有進一步的提高作

6、用，通過鐵碳反應(yīng)過程中溶液的pH值變化控制鐵碳反應(yīng)的時間，選擇鐵碳反應(yīng)的初始pH值為3，鐵碳反應(yīng)過程中水溶液的pH值逐漸上升，在30min內(nèi)pH值可升高至4，在鐵碳反應(yīng)1h內(nèi)pH值升高至5，隨后pH值升高速度變慢，約1.5h后升高至5.6左右，并持續(xù)穩(wěn)定，基本不再上升。因此，選取鐵碳反應(yīng)中水溶液的pH值變化為pH=4、pH=5、pH=5.6，pH穩(wěn)定后持續(xù)曝氣1h，pH平衡后持續(xù)曝氣14h為時間節(jié)點，對比反應(yīng)時間對鐵碳反應(yīng)完全程度的影響。該過程中BC比（BODCOD）的變化如圖2所示，隨著溶液pH值的升高，BC比逐漸提高，鐵碳反應(yīng)pH值升高至5.6后不再繼續(xù)升高，但BOD仍然略有下降說明鐵碳反

7、應(yīng)仍在緩慢進行，在pH=5.6時鐵碳反應(yīng)對該廢水B/C比的提高最明顯；在厭氧條件下進行鐵碳反應(yīng)會促進廢水中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，但在好氧情況下對廢水中氨氮的濃度影響不大。綜上所述，鐵碳反應(yīng)的最佳反應(yīng)時間為pH值上升至5.6所需的時間。2.1.2 初始pH值對鐵碳處理效果的影響：鐵碳反應(yīng)的初始pH值決定了鐵碳反應(yīng)的速度，根據(jù)文獻調(diào)研和前期的實驗研究發(fā)現(xiàn)，鐵碳反應(yīng)適宜的pH值為酸性，但當(dāng)初始pH值過低時，鐵碳反應(yīng)劇烈，且鐵屑消耗過快，水中Fe2+的濃度高，產(chǎn)生的沉淀量較多，初始pH值偏高時反應(yīng)過慢，耗時長，停留時間過長勢必會增加反應(yīng)器的容量，導(dǎo)致實際工程應(yīng)用時反應(yīng)器占地面積大，建設(shè)成本的增加。為了確定

8、該電鍍廢水鐵碳反應(yīng)的適宜初始pH值，對比pH值為2、2.5、3、3.5和4時鐵碳反應(yīng)對該廢水的處理效果，反應(yīng)時間為60min，由圖4、5可以看出，在較高的初始pH值條件下，鐵碳反應(yīng)緩慢，提高B/C比所需時間長；較低的pH值時可快速的完成鐵碳反應(yīng)，但鐵刨花消耗速度快，產(chǎn)生化學(xué)污泥多，提高運行成本。因此，選擇pH=24為最佳初始pH值，平衡了反應(yīng)速度和反應(yīng)強度的矛盾，既可在較短的時間內(nèi)完成鐵碳反應(yīng)，又不會消耗過多的鐵刨花而產(chǎn)生大量化學(xué)污泥。2.2 水解酸化和好氧MBR的作用通過水解酸化反應(yīng)器對電鍍廢水中的大分子有機物進行水解，好氧MBR反應(yīng)器進一步去除水中的有機污染物和氨氮，如圖6、7所示為COD

9、、BOD的去除率，水解池的COD、BOD平均去除率分別為36.27%和55.81%，好氧MBR對COD和BOD的平均去除率為69.57%和75.79%。由于電鍍過程中常用硝酸作為原材料，廢水中硝酸鹽約占總氮的70%，在沒有回流和有機碳源不充足的情況下，一方面由于高濃度的硝酸鹽對好氧池內(nèi)的硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，另一方面，由于缺乏充足的碳源，微生物無法進行硝化反應(yīng)，且污泥由于缺乏營養(yǎng)，泥質(zhì)松散，顏色偏黃，容易堵塞膜組件孔隙，增加膜組件反沖洗頻率，在實驗過程中較長的一段時間內(nèi)氨氮的去除效果始終較差，如圖8所示。經(jīng)過反復(fù)試驗，最終取得良好的氨氮去除效果，出水氨氮濃度基本保持在15mgL以內(nèi)。3 結(jié)論（1）pH=24為鐵碳反應(yīng)的最佳初始pH值范圍，溶液pH值升高至不在變化后達到最佳反應(yīng)時間，鐵碳反應(yīng)可提高廢水的BC比，去除水中殘留的重金屬離子。（2）水解酸化能夠提高電鍍廢水的可生化性，水解酸化后COD的平均去除率為36.27%，BOD平均去除率為55.81%。（3）好氧MBR反