文章编号：1001-3849(2012)09-0039-04
引言
随着电镀工业的快速发展，电镀废水的排放量逐年增多，废水中的Cr、Ni、Cu及Ag等诸多重金属离子通过水体、土壤或大气导入环境，迁移转化，严重的污染着人类赖以生存的生活环境，威胁着人类健康。特别是在镀铬、镀镍领域中，Cr、Ni离子对人体危害已显为人知，处理电镀废水中的重金属离子已是亟待解决的问题。目前处理废水中重金属离子的方法主要有物理吸附法、加碱沉淀法、离子交换法及生物转化法等，这些方法对电镀废水的处理都不尽令人满意，处理后的废水中仍含有一定程度的重金属离子。
从环境科学的观点出发，对电镀废水的处理，实现废水循环利用，达零排放才是目的所在。本文应用化学絮凝法处理铬、镍混合废水，处理后的废水中铬、镍含量远低于国标规定的最高允许值，其它技术指标与工业用水极尽相同。因此，可作为电镀工业的循环用水达到清洁生产的目的。
1.实验
1.1废水来源
电镀含铬、镍废水，取自于陕西省宝鸡市某集团股份有限公司，其中ρ[总铬]为652mg/L，ρ[Cr(Ⅲ)]为55mg/L，ρ[Cr(Ⅵ)]为597mg/L，ρ(Ni2+)为513mg/L。
1.2试剂和仪器
试剂为亚硫酸氢钠、氢氧化钠、硫酸铝钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铁和阳离子聚丙烯酰胺(均为分析纯)。
仪器为分析天平(Sartorius科学仪器北京有限公司)，PHS-10A型酸度计(Sartorius科学仪器北京有限公司)，原子吸收仪(日本HITACHI公司)，磁力DBJ621定时变速搅拌器(4332厂)，SHB-C型循环水真空泵(郑州杜甫仪器厂)，101-1型电热鼓风干燥箱(上海实验仪器厂)。
1.3实验方法
1.3.1工艺流程
处理电镀铬、镍混合废水的工艺流程为：
废水经前处理除去原有的沉淀物后进入还原池，用NaHSO3将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，然后进入沉淀池，加碱沉淀，沉淀后的废水中仍含有大量铬、镍离子形成的胶粒，进入絮凝池用絮凝剂进行处理，经分离，检测上清液中各项技术指标，处理合格后进行循环利用。
1.3.2混合废水中Cr、Ni离子的测定
对混合废水中Cr、Ni离子的测定，均用原子吸收法，处理前ρ(总铬)为652mg/L，ρ[Cr(Ⅲ)]为55mg/L，ρ[Cr(Ⅵ)]为597mg/L，ρ(Ni2+)为513mg/L；处理后ρ(总铬)为0.47mg/L，ρ[Cr(Ⅲ)]为0.12mg/L，ρ[Cr(Ⅵ)]为0.35mg/L，ρ(Ni2+)为0.26mg/L。
1.3.3沉淀Cr(Ⅲ)、Ni2+的pH的选择
取还原后的Cr(Ⅲ)、Ni2+废水100mL于250mL烧杯中，加入3.0mol/L的NaOH溶液调节pH为6.0～11.0，静置12h后过滤，将沉淀烘干后称量，绘制出沉淀量随pH变化的关系曲线。
1.3.4絮凝剂性能的测试
取10只200mL的烧杯，分别加入100mL含Cr(Ⅲ)、Ni2+废水，再分别用移液管加入1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0mL质量浓度为10.0g/L的硫酸铝钾溶液，调节pH，搅拌30min，静置12h后过滤，用原子吸收法测上清液的Cr(Ⅲ)、Ni2+质量浓度，绘制出Cr(Ⅲ)、Ni2+与絮凝剂质量浓度的关系曲线。同法分别绘制ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)三种絮凝剂质量浓度的关系曲线(PAC、PFS和CPAM质量浓度分别为5.0、8.0和1.0g/L)。
1.3.5絮凝剂的复配与絮凝效果
取10只500mL的烧杯，分别加入含Cr(Ⅲ)、Ni2+废水300mL，将以上絮凝剂按最佳量配比m(硫酸铝钾)∶m(PAC)∶m(PFS)∶m(CPAM)=50∶35∶28∶3混合，配制成10g/L的复合絮凝剂，依次加入1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0mL，搅拌30min，静止12h后，过滤。用原子吸收法测上清液的ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)。绘制出ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)与复合絮凝剂质量浓度的关系曲线。
1.3.6正交试验工艺优化
选择硫酸铝钾、PAC、PFS和CPAM作为考察因素，以Cr(Ⅲ)、Ni2+处理后质量浓度为指标，采用正交表进行L9(34)正交试验，确定絮凝剂处理电镀铬、镍混合废水的最佳工艺条件，得到正交试验结果与极差分析。
2.结果与讨论
2.1pH对沉淀的影响
以Cr(OH)3、Ni(OH)2的总沉淀质量对废水中的pH作图，如图1所示。
从图1可以看出，在pH=8.7时，总沉淀质量最大为2.8mg，说明pH为8.7时是沉淀的最佳值。
2.2单一絮凝剂的絮凝效果分析
2.2.1硫酸铝钾对废水絮凝效果的影响
以上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对硫酸铝钾的加入质量作图，如图2所示。
图2表明，上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)随硫酸铝钾加入量的增大而减小，当V(硫酸铝钾)为5mL，上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]为25mg/L时，絮凝效果最好，再增大硫酸铝钾的用量，ρ[Cr(Ⅲ)]几乎不变；当V(硫酸铝钾)为4.0mL时，上清液中ρ(Ni2+)为36mg/L时，絮凝效果最好，故选用5.0mL硫酸铝钾为最佳。
2.2.2聚合氯化铝对废水中絮凝效果的影响
以上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对PAC加入量作图，如图3所示。
图3表明，随PAC加入量增大，ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)均呈下降趋势。当PAC的加入量为5.0mL时，其ρ(Ni2+)为156.0mg/L，加入量为7.0mL时，其ρ[Cr(Ⅲ)]为48.6mg/L，选用7.0mL为PAC最佳投入量。
2.2.3聚合硫酸铁对废水絮凝效果的影响
以上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对PFS加入量作图，如图4所示。
图4表明，PFS为3.0mL时，ρ[Cr(Ⅲ)]为38.2mg/L，加入量为3.5mL时，ρ(Ni2+)为25.6mg/L，3.5mLPFS为最佳加入量。
2.2.4阳离子聚丙烯酰胺对废水絮凝效果的影响
以上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对CPAM加入量作图，如图5所示。
从图5可以看出，单独使用CPAM处理废水时，其絮凝效果并不显著，但随CPAM加入量增大，ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)仍趋下降。当CPAM加入量为1.5mL时，ρ(Ni2+)为288.6mg/L，加入量为3.0mL时，ρ[Cr(Ⅲ)]为322.5mg/L。故选用3.0mL为最佳加入量。
2.3复合絮凝效果分析
以上清液中ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)对复合絮凝剂的加入量作图，如图6所示。
综合分析，当使用单一絮凝剂时，其絮凝效果均不理想。特别是CPAM单独使用时，絮凝效果较差，经复配后，Cr(Ⅲ)、Ni2+随复合絮凝剂加入量的增大，其ρ[Cr(Ⅲ)]、ρ(Ni2+)急剧下降，当复合絮凝剂加入量为4.0mL时，ρ(Ni2+)最低可达0.26mg/L，加入量为6.0mL时，ρ[Cr(Ⅲ)]最低可达0.12mg/L，故选择6.0mL作为复合絮凝剂的最佳加入量。实验证明，无机絮凝剂硫酸铝钾、PAC、PFS起到了良好的絮凝作用，而CPAM不仅可起到絮凝作用，同时也可起到桥联作用，从而将小絮团通过桥联作用凝聚成大的絮团而沉淀，因此，复合絮凝剂在处理重金属离子方面具有良好的综合絮凝作用。
2.4正交试验结果与分析
正交试验结果列于表1，正交试验结果分析列于表2。
正交试验结果表明，在设定的水平范围内，絮凝剂处理电镀废水的最佳用量为A2B2C3D1，在此条件下，残余的ρ[Cr(Ⅲ)]为0.121mg/L，ρ(Ni2+)为0.264mg/L，与复合絮凝剂配比处理电镀废水的效果吻合。
2.5废水处理前后固体物分析
应用挥发法对电镀废水、工业用水及生活饮水三种水样进行水中不溶物质测定，结果见表3。
从表3中可以看出，电镀废水处理前后每升电镀废水中含有不溶物质的质量相差极大，处理后的铬、镍废水较生活饮水略高，较工业用水略低。因此，处理后的废水可完全用于电镀工业的循环用水。
3.结论
针对宝鸡某集团表面处理车间电镀含铬、镍混合废水选择了硫酸铝钾、PAC、PFS及CPAM四种絮凝剂复配为复合絮凝剂，其配比m(硫酸铝钾)∶m(PAC)∶m(PFS)∶m(CPAM)为50∶35∶28∶3，并将其应用在处理含铬、镍混合废水，使处理后的废水中ρ[Cr(Ⅲ)]为0.12mg/L，ρ(Ni2+)为0.26mg/L，低于国家允许的排放标准，ρ(不溶物)为265mg/L，与工业用水及生活饮水相近。因此，可作为电镀生产中的循环用水，使电镀车间实现废水零排放。
