不锈钢电解抛光废水处理方法

Posted 2023-01-15 废水处理方法

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电解抛光较机械抛光具有生产效率高、工件表面光洁和效果好等优点，受到人们青睐〔1〕。然而电解抛光产生的废水量大，我国每年有超过1亿t钢材要经过酸洗抛光处理才能进入加工工序，由此每年将产生1.2亿～2亿t的不锈钢酸洗抛光废水〔2〕，如不进行有效控制将对周边水环境造成很大威胁〔3〕。不锈钢电解抛光过程主要包括电解除油及水洗（污染物为油脂、NaOH、Na3PO4和Na2SiO3）、酸蚀及水洗（盐酸）、电解抛光及水洗（污染物为H3PO4和H2SO4）和钝化及水洗等步骤〔4,5〕，由此导致电解抛光废水中污染物成分复杂且浓度高，主要包括COD、PO43-、SS、Ni2+、Cu2+等，以及低pH。

目前关于抛光废水处理的研究较多，如W.L.Chou等〔6〕采用电凝吸附法处理半导体工厂产生的化学机械抛光废水，COD去除率达90%。J.C.Tsai等〔7〕评估了微泡气浮—混凝技术处理化学机械抛光废水的经济性。但目前还未见到不锈钢电解抛光废水处理的相关报道，且笔者此前采用微滤法处理与回用不锈钢电解抛光废水，由于废水中TP和COD过高，导致膜污染严重。因此笔者拟通过小试试验，分析混凝法预处理不锈钢电解抛光废水的效果，考察不同的混凝剂及投加量对TP和COD去除效果的影响，最终组建一套可行的不锈钢抛光废水预处理工艺，以减轻废水对微滤膜的污染。

1材料与方法

1.1试验废水及试剂

所用废水为山东新华医疗有限公司的不锈钢电解抛光废水，主要污染物包括COD、TP、TN、总铬、Ni2+和NH3-N等，具体如表1所示，其中TP、总铬和COD是主要考察指标。

试验所用试剂为重铬酸钾、硫酸亚铁氨、过硫酸钾、氢氧化钠、氢氧化钙、抗坏血酸、钼酸铵、浓硫酸，均为分析纯，由国药集团化学试剂有限公司提供。
PAM（阳离子型）和PAC为工业品，由巩义市宇洁净水材料有限公司提供。

1.2混凝反应

配制合适浓度的混凝剂和助凝剂浓溶液：PAC浓溶液为400g/L、Ca（OH）2浓溶液为200g/L、PAM浓溶液为4g/L。按照一定投加量向废水中加入配好的混凝剂浓溶液〔PAC或Ca（OH）2〕，搅拌反应15min；边搅拌边加入助凝剂PAM浓溶液，反应3～5min；取上清液，测定溶液中COD、总磷和总铬。

1.3分析项目与方法

pH采用pH仪在线监测，COD采用重铬酸钾法测定，总磷采用钼锑抗分光光度法测定，总铬、Cu2+和Ni2+采用原子吸收法测定，SS采用重量法测定。

2结果与讨论2.1单级混凝对污染物的去除效果

前期研究表明，总磷是导致膜污染的主要污染物，因此以废水中总磷为考察指标，分别以PAC和Ca（OH）2为混凝剂，研究药剂投加量对原水和单级PAC混凝出水中TP处理效果的影响。

2.1.1PAC投加量对总磷去除效果的影响

以PAC为混凝剂，PAM为助凝剂，分别对试验原水和原水气浮后出水（一级出水）进行混凝处理。pH调节到6～7，PAM投加量都控制在0.06g/L，并按1.2所述方法进行试验，结果如图1所示。

图 1 PAC 投加量对废水中总磷去除效果的影响

由图1可见，废水中的TP随PAC投加量的增加而下降；且在原水混凝过程中，当PAC投加量＞4g/L时，TP下降趋势变缓，一级出水的混凝过程中也有类似变化规律；这说明PAC混凝对不锈钢电解抛光废水中的TP有较好的处理效果。但TP过高，利用单级PAC混凝过程很难达到理想的去除效果。
2.1.2Ca（OH）2投加量对总磷去除效果的影响

以Ca（OH）2为混凝剂，研究其投加量对原水气浮后出水（一级出水）的混凝效果。实验结果表明，当pH调节到11.0左右，废水中的TP随Ca（OH）2投加量的增加而下降；且当Ca（OH）2投加量＞4g/L时，TP下降趋势变缓。说明Ca（OH）2也具有较好的污染物去除效果，但单级混凝处理后出水中污染物浓度下限较高，很难达到微滤膜进水要求。
2.2多级混凝对污染物的去除效果

以上单级混凝处理结果表明，采用单级混凝过程很难达到废水总磷的进膜要求，必须多级逐次降低废水中的污染物。
2.2.1PAC/PAC/Ca（OH）2三级混凝法

以PAM为助凝剂，PAC/PAC/Ca（OH）2三级混凝法对不锈钢电解抛光废水进行处理，结果如表2所示。

由表2可见，通过此三级混凝处理废水中COD、TP和总铬的去除率分别达到85.2%、99.7%和99.9%，出水COD和总铬达到排放要求；经进一步过滤处理（定量滤纸），出水TP也达到了排放要求。说明PAC/PAC/Ca（OH）2三级混凝处理不锈钢电解抛光废水是可行的。
2.2.2PAC/PAC/PAC三级混凝法

由于废水中TP非常高，是不锈钢电解抛光废水中最难达标排放的污染物之一。因此进一步考察了PAC/PAC/PAC三级混凝法对废水中TP的处理效果，见表3。

如表3所示，三级PAC混凝比PAC/PAC/Ca（OH）2三级混凝的处理效果更好，出水中的TP能够降低到1.0mg/L以下，不需要进一步的微滤过滤处理即可达到排放要求。

2.3三级PAC混凝工艺中混凝剂投加量的优化

从上述结论可知，在每级混凝处理过程中混凝剂都有一个最佳投加量，因此有必要在三级PAC混凝工艺中确定一组最优的PAC投加量方案。如表4所示，在三级PAC混凝工艺中，增加PAC投加量有利于废水中COD和TP的去除；但在较高投加水平（≥15g/L）时，继续增加PAC的投加量对出水COD和TP的降低贡献并不大，且从前期试验可知出水TP通过进一步的微滤过滤处理可以达到1.0mg/L以下。因此试验确定方案三为最佳投加量组合。

3结论

（1）投加混凝剂〔PAC或Ca（OH）2〕能够降低不锈钢电解废水中的TP，且TP随投加量的增加而下降，但当PAC和Ca（OH）2投加量达到4g/L时，继续增加混凝剂投加量，TP下降不明显，即采用单级混凝法很难达到预处理要求。。

（2）PAC/PAC/Ca（OH）2和PAC/PAC/PAC三级混凝法都能实现较好的电解抛光废水处理效果。其中PAC/PAC/Ca（OH）2工艺对废水中的COD、TP、总铬的去除率分别达到85.2%、99.7%、99.9%，出水中COD、TP、总铬能够下降到154、12、0.034mg/L左右。

（3）PAC/PAC/PAC工艺的处理效果优于PAC/PAC/Ca（OH）2工艺，出水中TP能够降到0.66mg/L左右，达到膜组件进水水质要求，其优化组合投加方案为8g/L（一级）+5g/L（二级）+2g/L（三级）。