铁屑用于电镀污泥减量工艺优化研究

罗 文

（太原市环境科学研究院， 山西 太原 030002）

电镀行业为国内外各行各业服务，是不可或缺的产业。一般而言，电镀行业属于劳动密集型企业，在电镀过程中，会产生大量的废水，且电镀废水水质复杂，废水中含有各种有毒有害物质，因此，电镀行业被认为是当今全球三大污染工业之一[1]。我国电镀企业的主要特征为耗能高、排污量大、产品附加值低，据不完全统计，全国电镀废水总排量已经达到80×109t。我国电镀废水主要来源于镀件清洗水、碱性除油液等，主要污染物质为重金属离子，如铬、镍、铜等，这些有毒有害物质不仅会污染环境，还可以以空气、水体、食物等为介质，危害人类健康。目前我国电镀行业正在不断开拓新技术、新工艺[2]，研究新的电镀废水处理工艺，以减少其对环境的污染和对人类的危害。

电镀污泥是电镀行业中废水处理过程中产生的沉淀物，这些重金属污泥成分复杂，很难处理和利用[3]，被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。为此，对于电镀废水处理尤其对于电镀污泥的优化处理对电镀行业发展及人类生存环境的保护具有重要的意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验用水

选择某电镀工业园废水为研究对象，经长期调研与检测，其水质如表1所示。

1.2 试验主要药剂及仪器与设备

本试验中用到的主要试剂为：浓硫酸，98%；聚丙烯酰胺（PAM），粉末状；次氯酸钠溶液，10%；高锰酸钾，分析纯；过氧化氢，27.5%；重铬酸钾，分析纯；丙酮，分析纯；氢氧化钠，分析纯；七水合硫酸亚铁，分析纯；硫化钠，分析纯。

表1 试验用水水质

试验中用到的主要试验仪器设备有：COD消解仪，DR200，青岛明博环保科技有限公司；电子天平，JA2003N，上海精科天美仪器有限公司；pH计，PHS-25，上海精密科学仪器有限公司；原子吸收分光光度计，日立Z-2000，日立高科技贸易(上海)有限公司；气泵，海利ACO-308AC交流电磁式空气压缩机；混凝试验搅拌机，ZR4-6，上海标卓科学仪器有限公司；曝气生物滤池，Φ250 mm×1 800 mm，山东潍坊誉德环保科技有限公司。

1.3 试验方法与原理

据调研显示，多数研究者对酸性电镀废水的处理采用投入石灰以提高废水的pH，加入硫酸亚铁引进具有还原作用的Fe2+，但硫酸亚铁中含有硫酸根等杂质与石灰易生成硫酸钙，增加了废水在后续处理过程中结垢的风险。

本试验主要以废水pH与Cr6+体积分数为研究对象，由于Fe2+是还原Cr6+的真正起作用的部分，加之原水为酸性废水，因此可直接采用铁屑与酸性废水反应，不仅可以消耗H+，提高废水的pH，生成可以还原Cr6+的Fe2+，还可减少因硫酸亚铁的投入而带来的硫酸根及为调高pH所投入的石灰量，最终减少污泥量。

1.3 检测项目和测试分析方法

本试验检测项目均采用标准分析方法，具体如表2所示。

表2 试验主要检测项目及分析方法

2 试探性基础试验

试探性试验步骤如下：首先，将100 g铁屑投入5 L酸性废水中，并对其进行搅拌，使之充分反应，同时每隔3 h测废水pH值的变化，并记录pH值；其次，在铁屑与原酸性废水充分反应，也就是废水pH值稳定后，记下稳定后的pH值；第三，将含铬废水分别与1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍及7倍体积的经铁屑充分反应pH值稳定后的酸性废水混合；最后，比较原含铬废水（未混合酸性废水）及含铬废水与1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍及7倍体积的酸性废水混合废水的铬离子的剩余含量，考察混合后对铬离子的去除情况。

2.1 pH值变化结果

100 g铁屑投入5 L酸性废水中，废水pH值的变化如图1所示。

图1 加入铁屑后原废水pH值随时间变化

由图1可知，酸性废水初始pH值为2.5，加入铁屑经过反应稳定后的pH值约为5.5。具体的，在加入铁屑的0～24 h之内，随着时间的推移及反应的不断进行，废水的pH值不断升高，且基本呈线性关系；而当废水pH值在反应进行24 h时，pH值达到5.5左右，之后，随着时间的延长，酸性废水pH值保持稳定，变化不大。可能是因为铁屑被氧化需要一定的时间，当反应24 h后，铁屑被完全氧化为Fe2+，不再消耗H+，因此，24 h之后，酸性废水pH值保持稳定。

2.2 铬离子含量变化结果

不同体积比的经铁屑处理后的酸性废水与含铬废水混合后的铬离子含量变化结果如图2所示。

图2 含铬废水与加铁屑后酸性废水不同体积比混合后铬含量

由图2可知，随着V含铬废水与V酸性废水之比的逐渐减小，即V酸性废水的不断增大，混合液中铬含量逐渐降低，在体积比小于1∶5时，在V酸性废水大于5份时，废水铬含量达到国家排放标准。具体的，当V含铬废水∶V酸性废水为 1∶1～1∶3 之间时，随着体积比的逐渐减小，铬含量的下降幅度最大；当体积比小于1∶3时，随着体积比的逐渐减小，铬离子剩余含量下降缓慢，最后基本保持不变。同时，在体积比小于1∶4时，即V酸性废水大于4份之后，总铬与六价铬离子浓度趋于一致。

3 系统性优化试验

3.1 pH值和Fe2+随反应时间的变化规律

由试探性基础试验结果可知，直接采用铁屑与酸性废水反应，确实可以提高废水的pH，并降低铬含量，试验思路可行。而为了进一步明确试验条件，提高铁屑对铬的去除率，本试验对pH值和Fe2+随反应时间的变化规律作了研究。即，取25 L酸性废水，将其平均分成5份，并将pH值分别调至1、2、3、4、5，之后将5份200 g的铁屑分别投入不同pH值的废水中，测量和记录pH值和Fe2+随反应时间的变化规律，结果如图2、图3所示。

图3 不同初始pH值的酸性废水加入铁屑后pH值变化规律

图3表明，水样pH值都是随着时间的延长先快速增加，后趋于平稳，且当初始pH值越大，趋稳后越废水pH值接近中性，但废水初始pH值对趋稳后pH值影响差距较小，结果不大。图4显示，初始pH值为1时，Fe2+产生最快，产生量也最大，具体的，在前 10 h 之内 ρ（Fe2+）迅速跃升到 425 mg/L，而初始pH值为2、3、4、5时，Fe2+产生速度及产生量明显不及初始pH值为1时的情况。原因可能是由于初始pH值越大，生成的Fe2+较少，部分Fe2+被空气氧化为Fe3+的缘故。

图4 不同初始pH值的酸性废水加入铁屑后Fe2+变化规律

3.2 铬离子的去除对比试验

由3.1试验结果可知，初始pH值为1时，水样pH的提升和产生Fe2+的综合效果最好，为此，将其与含铬废水以不同的体积比混合，测定铬的剩余含量，结果如表3所示。同时，将本试验结果与不同投加量的硫酸亚铁对铬离子的去除效果（如表4所示）作对比。

由表3和表4可知，总体而言，加铁屑后酸性废水混合反应对铬离子的去除效果要好于加硫酸亚铁对铬离子的去除效果，且达到相同去除率的加铁屑后酸性废水混合反应的石灰投加量也远远小于加硫酸亚铁反应的，也就是说铁屑与酸性废水的混合反应能大大减少污泥量。

表3 加铁屑后酸性废水混合反应对铬离子的去除效果

表4 加硫酸亚铁对铬离子的去除效果

4 结语

现阶段，电镀重金属污泥的处置方法主要有水泥、铁氧体固化，填海或焚烧等。而本试验证明，在电镀废水处理中可以在酸性废水池中投入一定量的铁屑，在提高pH值，产生亚铁离子之后，收集电镀废水中的酸性废水，并以逆流的形式将其向上进水，通入含铬等原水池中进行混合，以达到降低铬等含量，和减少电镀废水处理所产生的污泥量的效果，降低废水处理成本。

[1]Ying Xu，Tianyi Xu.Heavy Metal Complexes Wastewater Treatment with Chelation[J].Precipitation，2008（2）：2 789-2 793.

[2]郁祖湛.电子电镀中若干新工艺和新技术[J].电镀与涂饰，2006，25（9）：4-7.

[3]彭昌盛，卢寿慈，徐玉琴，等.电镀废水处理过程中的二次污染[J].电镀与涂饰，2002，21（2）：41-43.