混凝 微滤法处理含铜 镍电镀废水试验研究
［摘要］针对目前太湖地区日益提高的电镀废水排放标准，提出采用混凝-微滤膜过滤组合工艺来去除电镀废水中的铜和镍。从工程应用的角度出发，研究并探讨FeSO4混凝-微滤膜法去除电镀废水中铜、镍时的影响因素，并确定其最佳运行参数，考察该组合工艺的实用 性。所取电镀废水中Cu2+质量浓度为57.6mg/L，Ni2+质量浓度为42.0mg/L，采用FeSO4混凝剂及PVDF微滤膜处理后，出水中 Cu2+和Ni2+质量浓度为0.15、0.87mg/L，低于国家《污水综合排放标准》一级排放标准要求，同时具有较强的经济适用性。
［关键词］混凝；微滤；电镀废水
［中图分类号］X703.1［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2010）05-0064-03
电镀废水中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多种金属的离子，对环境有较大的毒害作用〔1〕。各电镀厂通常是采用化学沉淀的方法，即通过加NaOH调pH，形成氢氧化物沉淀，藉此达到去除大多数重金属离子的目的。然而在长三角的环太湖地区（无锡、常州等 地），在太湖蓝藻事件后，要求的电镀废水的排放标准已于2008年底由国家二级排放标准提高到国家一级标准，简单的化学沉淀很难达到要求。镀铜和镀镍是较流行的电镀工艺，笔者选择电镀废水中铜和镍作为研究对象，采用混凝-膜过滤工艺处理电镀废水，并考察了其处理效果。在该工艺中，先对废水进行混凝预处理，所用混凝剂为 FeSO·47H2O；而后采用0.1μm的中空纤维微滤膜对废水进行过滤，该膜为非对称结构，可截留直径为0.03~10μm的悬浮物、颗粒杂质、大分 子物质、胶体等，当这些物质经过膜孔时，微滤膜可通过机械截留、吸附截留、架桥和膜内部的网络截留等作用方式将其去除〔2〕。
1·实验
1.1实验仪器与药品
仪器：浸没式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维微滤膜组件，天津膜天膜公司制造，尺寸300mm×250mm×450mm，膜孔径0.1μm，膜面积1m2；MY3000-6智能型混凝实验六联磁力搅拌仪；721分光光度计；PXS-270雷磁离子计。
试剂：CuSO4·5H2O、NiSO4、FeSO·47H2O等，均为分析纯试剂；质量分数1%的FeSO4溶液；质量分数20%的NaOH溶液。
1.2废水来源及水质
实验用含铜电镀废水为常州市金业电镀厂酸洗后镀铜镀镍的混合清洗废水，含有Cu、Ni、Zn、Fe、Ca等多种重金属的离子，其中主要重金属离子指标为：Cu2+57.6mg/L，Ni2+42.0mg/L。
1.3混凝条件实验
影响混凝效果的主要因素有：混凝剂投加量、溶液pH、废水浓度及搅拌速度和时间等，下面将就这些因素对FeSO4·7H2O混凝剂混凝效果的影响进行考察。
1.4微滤膜曝气流量实验
混凝后，用0.1μm微滤膜进行膜过滤实验，分别设曝气量为0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6m3/h，考察曝气量对膜过滤去除铜、镍效果的影响。
2·结果与讨论
2.1混凝剂投加量对混凝效果的影响混凝剂的投加量对其混凝效果有着重要的影响，如图1所示。
由图1可以看出：FeSO4对废水中的Cu2+、Ni2+有明显的混凝作用，在0~62.50mg/L投加质量浓度范围内，Cu2+和 Ni2+去除率的曲线变化规律基本一致，均随着投加量的增加呈先上升后下降的规律。在7.5~18.75mg/L范围内，Cu2+去除率均在99%以 上，Ni2+去除率在90%以上；当投加质量浓度分别为15mg/L和12.5mg/L时，Cu2+、Ni2+去除率达到各自最大值99.60%、 93.13%。综合考虑最佳投加质量浓度选择14mg/L。
另外，在实验中发现混凝剂投加量过大会导致溶液pH下降，一定程度上破坏了Fe（OH）2和Fe（OH）3的共存平衡，导致混凝、吸附、架桥作用下降〔3〕，这是亚铁随投加量增加而混凝能力有所下降的主要原因。
2.2溶液pH对混凝效果的影响
每种混凝剂都有不同的pH适宜范围〔4〕。对于FeSO4，只有在合适的pH条件下，混凝剂中大量的Fe2+、Fe3+才能最大程 度上水解，聚合成多核羟基络合离子，更好地发挥其混凝作用，使微粒脱稳而被混凝去除。在不同的pH条件下进行了FeSO4混凝实验，结果见图2。
由图2可以看出，pH在6.0~9.5之间，Ni2+去除率从16.74%增大到94.59%，当pH为7.0时，Cu2+去除率就可达到 96%以上，pH在7.0~8.5之间，Cu2+去除率随着pH的升高缓慢增加，在pH为8.5时，Cu2+去除率达到最大值99.47%。
总体而言，pH在8.5~9.5之间FeSO4对Cu2+和Ni2+都有良好的混凝效果。
2.3废水初始浓度对去除率的影响
废水的初始浓度也是混凝实验需要考察的一个必不可少的因素，分别配制不同浓度的混合铜镍废水，考察Cu2+、Ni2+初始浓度对去除率的影响，结果如图3所示。
由图3可看出：FeSO4对Cu2+、Ni2+的混凝效果均随着Cu2+、Ni2+初始浓度的增加而增加，而且FeSO4对Cu2+的去除 效果要优于Ni2+。另外Ni2+的剩余浓度服从较好的线性关系，而这种线性关系也决定了亚铁混凝法不适宜于处理高浓度的含Cu2+、Ni2+废水，否则 还要做后续处理。
2.4曝气流量对膜截留效率的影响
曝气造成的向上流动的气-液混合物产生的膜面剪切力及膜面振动可有效阻止截留组分沉积在膜面上，以控制膜污染，因此适当增加曝气量 是有益的〔6〕。但是曝气量过大时，膜面流速增大，同时膜面沉积物受到的剪切力也增大，随着反应器内剪切力增大，会导致膜表面沉积颗粒粒径减小，从而使滤 饼结构更加致密，阻力增大，能耗增加。
通过实验发现，混凝后废水中铜镍去除率随着曝气量的增加逐渐增加，且均在0.4m3/h以后增加趋于平缓，在0.5m3/h处达到最大值。所以膜过滤的曝气量选择0.5m3/h。
2.5真实电镀废水处理
根据上述实验数据，设计了混凝沉淀-膜过滤组合工艺处理真实电镀废水，工艺流程见图4。
图4中自行设计的膜过滤装置尺寸为0.5m×0.5m×0.7m，底部装有排泥阀和曝气装置，右侧带有LZB玻璃转子流量计以控制曝气强度，具备自动反冲洗功能，通过开关控制实现过滤 和反冲洗过程的交替转换。空气泵由外向内压缩空气，采用连续曝气和间歇式出水的方式运行，曝气量0.5m3/h，废水初始流量为12L/h左右，运行稳定 后流量保持在11L/h；调节电镀废水样pH为9左右，加入FeSO4混凝剂14mg/L，100r/min搅拌10min，静置10min，上清液抽入 微滤膜过滤装置，经膜处理后取滤出液测定其中铜、镍含量。出水中Cu2+和Ni2+质量浓度为0.15、0.87mg/L，达到国家一级排放标准要求的 0.5、1.0mg/L。
3·结论
对于含铜、镍电镀废水，目前有不少电镀厂采用PAC作混凝剂。采用上述实验方法，对PAC的混凝效果也进行了考察，仅就电镀废水中的铜、镍等重金属而言，FeSO·47H2O的混凝效果和PAC相当，但价格却低得多，因此更为经济适用。
单一的混凝法难以达到很高的去除效果，但经混凝处理后进一步采用膜过滤进行处理，可达到很高的去除率。因此采用混凝-微滤法处理电镀废水，以提高排放电镀废水的水质是可行的。
亚铁混凝-微滤膜法处理电镀废水和化学沉淀法比较，前者一次性投资较大，但实际处理过程中后者药剂投加量比混凝-微滤法大得多，成本明显高于前者。
另外通过实验，获得了混凝-微滤膜法处理电镀废水流程的优化参数，FeSO4最佳投加质量浓度为14mg/L，pH为9.0左右，微滤膜曝气流量为0.5m3/h。
在上述优化参数条件下，经混凝-微滤膜法处理后，最终出水中Cu2+、Ni2+浓度均低于国家一级排放标准。
［参考文献］
［1］安成强，崔作兴.电镀三废治理技术［M］.北京：国防工业出版社，2002：13－19.
［2］李琳.膜技术基本原理［M］.北京：清华大学出版社，1999：77－78.
［3］Shen Hanming，Zhang Qifeng.Risk assessment of nickel carcino-genicity
and occupational lung cancer［J］.Environmental Health Perspective，
1994，102（suppl1）：275－282.
［4］汤鸿霄.羟基聚合氯化铝的混凝形态学［J］.环境科学学报，1998，18（1）：1－10.
［5］张学洪.含氰含铬电镀废水处理技术研究［J］.哈尔滨建筑大学学报，1999，32（6）：27－30.［作者简介］张志军（1973—），2004年毕业于成都理工大学，工学博士，副教授。
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