电镀含铬废水治理技术的现状及展望

Posted 2023-01-12 重金属

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本文介绍了电镀含铬废水的几种治理技术--还原法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法、生物法的现状，说明各自的优缺点，并提出了治理技术的发展趋势。
概述
电镀是利用化学和电化学方法在金属或在其它材料表面镀上各种金属。镀铬是电镀中常用的方法，生产中产生的含铬废水危害极大，Cr6+作为第一类污染物，受到国家严格限制。而且多年以来，国内外许多学者和专家，致力于含铬废水处理事业。
1.电镀含铬废水治理技术的现状
含铬废水处理常见方法主要有还原法、电解法，这两种方法不仅工艺成熟，而且运行效果好。但是近十年来又有很多方法被研究出来，综合比较会发现这些方法也各有优缺点，作为处理方法，它们自有借鉴之处。
1.1还原法
还原法是利用硫酸亚铁、亚硫酸盐、铁屑、焦亚硫酸钠等还原剂在酸性条件下将废水中Cr6+还原成Cr3+，加碱调整pH值，使Cr3+形成C(rOH)3沉淀除去。还原法是最早应用的治理技术之一，应用广泛，其治理原理简单、操作易于掌握、能承受大水量和高浓度废水冲击，我公司污水处理站就是采用此类方法进行处理。这种方法设备投资和运行费用低，主要用于间歇处理。缺点是产生的固废量大，不易回收利用。
1.2电解法
电解法处理含铬废水在我国已经有二十多年的历史，工艺比较成熟，具有去除率高、无二次污染、所沉淀的重金属可回收利用等优点。而且电解法能减少污泥的生成量，且能回收重金属。电解原理：做为阳极的铁板溶解成亚铁离子，在酸性条件下亚铁离子将Cr6+还原成Cr3+，同时阴极板上析出氢气，使废水pH值逐步上升，最后呈中性。此时Cr3+、Fe3+都以氢氧化物沉淀析出。但应注意几个方面(：1)极板在电解过程中会溶解，极板损耗大，需要定期更换极板(；2)在酸性条件下，C(rOH)3会被重新溶解(；3)沉淀过滤池内的填料含有重金属，必须定期处理，采取适当措施，否则会引起二次污染。由此可见，对处理设施加强管理非常重要。
1.3吸附法
吸附法是利用表面有微孔的吸附剂吸附去除重金属离子的一种有效方法。利用吸附法处理Cr6+废水的期短，再生效率低，处理水质很难达到高标准要求。腐植酸类物质价格比较低廉，也是一种比较有效的吸附剂，据报道，在处理含铬废水已有成功经验。另有文献报道，蒙脱石做为一种性能良好的吸附剂，在酸性条件下对Cr6+的去除率可高达99%，虽然可参考的经验比较少，但具有实际应用前景。
1.4膜分离法
膜分离法是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧造成压力差、浓度差、电位差时，原料中有害组分选择性透过膜，以达到分离、除去有害组分的目的。目前，较为成熟的工艺有电渗析和反渗透。用电渗析法处理电镀工业废水，处理后废水组成不变，有利于回槽使用。含Cr6+废水适宜用电渗析处理，已有成套设备，但是处理量有限。反渗透法已大规模用于镀铬漂洗水废水处理。采用反渗透法处理电镀废水，已处理水可以回用，实现闭路循环，现在这种方法已经广泛使用，做到清洁生产。
1.5离子交换法
离子交换法是利用离子交换树脂、沸石等分离废水中有害物质的方法，离子交换是靠离子交换树脂自身所带的能自由移动的离子与被处理的溶液中的离子通过离子交换来实现的。离子交换剂同时具有吸附、交换双重作用。在酸性环境中阴离子树脂优先吸附Cr2O72-，随着溶液碱性加强CrO42-比HCrO4-优先吸附。此种方法的优点是通过吸附和离子交换再生过程，废水中重金属离子浓度可浓缩提高30倍，非常利于回收再利用。缺点是再生成本相对高一些。
1.6生物法
生物法是治理电镀废水的新技术，安全可靠，具有重大的实用价值，易于推广。细菌、真菌和藻类等微生物对污水中Cr6+有富集、吸附和转化作用，可通过改变价态使Cr6+变为Cr3+降低毒性或使Cr6+析出，从而去除Cr6+。使用生物法处理Cr6+的废水避免了二次污染。
随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理日渐成熟，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。生物法具有效果好、投资少及运作费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等优点。缺点是不易处理高浓度的废水，而且占地广。
1.6.1生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种方法。研究表明，与活性淤泥混合的生物处理方法，能有效除去Cr6+和Cr3+，在埃及轻型车辆公司的含铬废水处理中使用。应用生物絮凝法处理废水安全方便、不产生二次污染、絮凝效果好，且微生物生长快、易于实现工业化。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或改变本体结构和特性，构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。
1.6.2生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构或成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过沉淀去除金属离子的方法。如利用胞外聚合物可分离Cr6+，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的Cr6+转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。
1.6.3生物化学法
生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将水中重金属离子转化为不溶性沉淀物去除的方法。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，废水中的Cr6+和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除。有关研究表明，生物化学法处理含Cr6+浓度为30-40mg/L的废水去除率可达99.67%-99.97%。
1.6.4植物修复法
植物修复法是近年来大力推广的新治理方法，是指利用某些植物通过吸收、富集等作用降低土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的，是利用生态工程治理环境的一种有效方法，是生物技术处理的一种延伸。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物、木本植物等。水仙就可以起到吸收富集Cr6+的作用。
2.电镀含铬废水治理技术展望
随着可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。电镀含铬废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。未来废水治理将突出表现在以下几个方面：
(1)贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用。提高电镀物质、资源的转化率和循环使用率；从源头上削减重金属污染物的产生量，并采用全过程控制、结合废水综合治理，最终实现废水零排放。
(2)生物技术是具有较大发展潜力的技术，具有成本低、效益高、不造成二次污染等优点。随着基因工程、分子生物学等技术的发展和应用，具有高效、耐毒性的菌种不断培育成功，为生物技术的广泛应用提供了有利条件。对于已经污染的、范围大的外环境，可采用植物修复技术治理，在治污的同时，不仅美化了环境，还可以获得一定的经济效益。
3.结论
电镀含铬废水的处理技术很多，传统治理方法有成本高、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺点，生物法处理成本低、效益高、容易管理、不给环境造成二次污染、有利于生态环境的改善。但生物化学法也有一定的局限性，在重金属浓度较高时会导致中毒，从而限制其应用。目前，电镀含铬废水治理已开始进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段，资源回收利用和闭路循环是发展的主流方向。充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用，并辅之以物理或化学方法，寻找净化重金属的有效途径。