李光明

（忻州市環(huán)境監(jiān)測站， 山西 忻州 034000）

冶金工業(yè)是我國的重點工業(yè)產(chǎn)業(yè)之一的同時，也是我國的污染排放非常突出的領(lǐng)域。近些年我國發(fā)生的幾起重金屬污染事件，如2006年湖南岳陽砷污染事件、2008年云南陽宗海砷污染事件、2010年福建紫金礦業(yè)潰壩事件等均與金屬冶煉有關(guān)。為此，多年來國內(nèi)外學(xué)者對冶金廢水中污染物的去除進行了大量的研究。研究發(fā)現(xiàn)，絮凝是水處理中較常見、也是最重要的物化過程之一，對冶金廢水中污染物的去除具有重要的作用[1]。同時，由于廢水中存在的陰、陽離子使廢水一般具有較高的電導(dǎo)性，因此可以采用電化學(xué)法處理廢水。

1 電絮凝技術(shù)原理

1.1 電絮凝原理

電絮凝技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，可在一臺設(shè)備中完成電解氧化還原、電解絮凝等過程，易于實現(xiàn)自動化，且不需要投加任何氧化劑或還原劑，產(chǎn)生污染少，加之其工藝運行平穩(wěn)，水質(zhì)穩(wěn)定，因此被稱為是一種設(shè)備自動化程度高、管理簡單、效果較佳、環(huán)境友好的水處理技術(shù)。

電絮凝技術(shù)技術(shù)原理是陽極在外加電源的作用下，經(jīng)一系列的溶蝕、水解、聚合和電解氧化還原過程等，形成多種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以至氫氧化物，并通過電解絮凝（吸附架橋、壓縮雙電層、網(wǎng)捕等）、電解氣浮等作用，使得廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮顆粒等凝聚沉淀而分離。具體如圖1所示[2]。

圖1 電絮凝反應(yīng)原理圖

1.2 ETIG電絮凝反應(yīng)器

20世紀(jì)的80年代，電絮凝技術(shù)開始在國內(nèi)試行，但因為有許多的技術(shù)瓶頸沒法突破，故其處理量都非常小，僅僅停留在每天幾噸到十幾噸的水平。

據(jù)調(diào)查和研究顯示，現(xiàn)階段美國環(huán)?？萍紘H集團（ETIG）電絮凝反應(yīng)器被世界各國廣泛應(yīng)用。其與國內(nèi)所生產(chǎn)的電絮凝反應(yīng)器相比，具有如下優(yōu)點:

1）在設(shè)計及使用等方面，解決了國內(nèi)反應(yīng)器所存在的電極腐蝕、泄漏、結(jié)垢、處理量小、費用高、使用壽命短以及無法消除的電絮凝反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體等問題。

2）ETIG的電絮凝反應(yīng)器設(shè)計先進，技術(shù)成熟，清洗無需酸洗，消除了操作危險和對環(huán)境的再次污染。

3）ETIG電絮凝系統(tǒng)可以最大限度的重復(fù)利用已有設(shè)備及建筑，且完全實現(xiàn)了工業(yè)化。

4）ETIG的電絮凝反應(yīng)器擁有相應(yīng)的知識產(chǎn)權(quán)，是美國國家環(huán)保署唯一認(rèn)可的同類技術(shù)，國際上處于領(lǐng)先。

2 實驗材料與方法

2.1 某冶煉廠冶煉廢水現(xiàn)狀

以某冶煉廠2018年6月的實際排放情況為例，經(jīng)檢測，其廢水超標(biāo)排放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染及重金屬資源浪費。具體排放情況如表1所示。

表1 某冶煉廠總排口廢水在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2.2 試驗儀器與藥劑

1）試驗主要儀器及設(shè)備:pH 計（Model 868，Orion Research.Inc.）；ETIG 9.6 L/min（13.8 m3/d）電絮凝處理設(shè)備；250 mL燒杯、玻棒、過濾斗、2 L塑料杯、電導(dǎo)儀、2 m3立方槽、集水箱；原子吸收分光光度計（AA-7000，SHIMADZU）。

2）試驗主要藥劑:Ca(OH)2溶液、稀 H2SO4、絮凝劑等。

2.3 中試試驗方法

本試驗采用的ETIG電絮凝法處理冶煉廢水工藝的構(gòu)筑物及設(shè)備包括篩網(wǎng)、原水池、電絮凝反應(yīng)系統(tǒng)、除泡池、絮凝劑投加系統(tǒng)、澄清池、污泥沉淀池、壓濾機等。具體工藝流程簡單示意圖如圖2所示。

圖2 ETIG電絮凝法工藝流程

圖2 中，篩網(wǎng)是污水站第一道預(yù)處理設(shè)施，用于去除懸浮物等雜物；由于一般生產(chǎn)廢水的排放量在一天內(nèi)變化幅度較大，原水池用于均衡廢水的水質(zhì)和水量；電絮凝反應(yīng)系統(tǒng)

2.4 重金屬的檢測方法

本試驗中采用火焰原子吸收法檢測，并將檢測結(jié)果進行記錄、整理和分析。

3 中試試驗結(jié)果及分析

3.1 中試試驗系統(tǒng)調(diào)試階段

6月2日—6月4為調(diào)試階段，記錄的廢水處理前、后的 pH 值及 Pb、Zn、Cd、As濃度，其中，所有重金屬污染物濃度均按mg/L計，去除率按%計。通過數(shù)據(jù)可以看到，調(diào)試階段的前兩天，只有總鎘的處理數(shù)據(jù)沒有達標(biāo)。分析原因，可能是儀器的一些相關(guān)參數(shù)還未調(diào)整到最佳狀態(tài)，故6月4日對儀器進行了調(diào)整，調(diào)整后各項指標(biāo)均達標(biāo)。同時，經(jīng)過這三天的調(diào)試可知，處理過程中整流器的電壓值最好高于18 V；原水樣的電導(dǎo)率最好大于2 000 μs/cm；電流值不能低于75 A。

3.2 連續(xù)運行階段

連續(xù)運行階段是系統(tǒng)正常工作的階段。6月5日—6月16日為儀器24 h連續(xù)運行階段，同樣記錄的廢水處理前、后的pH值及Pb、Zn、Cd、As濃度。通過數(shù)據(jù)可以看到，連續(xù)運行階段冶煉廢水經(jīng)過ETIG電絮凝反應(yīng)系統(tǒng)處理后，各項指標(biāo)都遠低于排放標(biāo)準(zhǔn)，有的甚至達到100%的去除率，處理效果非常好。

3.3 高濃度水樣處理階段

6月17日—6月23日，人為的把水樣中鎘、砷的含量提高，記錄的廢水處理前、后的pH值及Pb、Zn、Cd、As濃度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理后的水樣總鎘、總砷含量達標(biāo)，且其他指標(biāo)也都非常理想，說明ETIG電絮凝反應(yīng)系統(tǒng)對于高鎘和高砷水樣的處理較為適用。

3.4 參數(shù)分析及不同工藝試驗結(jié)果對比

1）參數(shù)分析。通過試驗發(fā)現(xiàn)，整個處理過程的參數(shù)方面，原水樣的電導(dǎo)率、pH值、整流器的電壓和電流值等會對ETIG電絮凝工藝處理效果產(chǎn)生影響。具體的，高濃度和高電導(dǎo)率的水樣pH值調(diào)節(jié)到8.5～9.0之間較好，而其余的一般水樣則將pH值控制在7.5 ～9.0之間即可。電導(dǎo)率太低，電流值減小，會影響處理的效果，而電導(dǎo)率過高，說明水樣中金屬離子含量很高，也會影響處理效果。

2）ETIG電絮凝工藝處理與化學(xué)處理的比較。以6月14日數(shù)據(jù)為例，比較ETIG電絮凝工藝與化學(xué)處理的效果。結(jié)果如圖3、下頁圖4、圖5所示。

圖3 ETIG電絮凝工藝與化學(xué)處理前后總鎘排放濃度比較

由圖3、圖4、圖5可以看出，化學(xué)處理的工藝，處理效果不理想，排放廢水中總鎘嚴(yán)重超標(biāo)，同時pH值超標(biāo)嚴(yán)重，無法達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。而廢水經(jīng)ETIG電絮凝工藝處理后，各污染指標(biāo)的排放濃度都很低，遠遠優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。具體的，鉛的含量非常低，去除率達99.19%，幾乎不能檢測出來；鋅的濃度低至ICP未檢出，可視為排放濃度為0，去除率達99.98%；鎘的含量非常低，其平均值僅為0.018 mg/L，去除率達99.17%；砷的含量非常低，其平均值僅為0.011 mg/L，去除率達97.48%。同時，pH值基本上在7～9范圍內(nèi)，其平均值為8.65，是達標(biāo)的。

圖4 ETIG電絮凝工藝與化學(xué)處理前后總砷排放濃度比較

圖5 ETIG電絮凝工藝與化學(xué)處理前后pH值比較

4 結(jié)語

綜上所述，采用美國環(huán)?？萍紘H集團（ETIG）電絮凝反應(yīng)器處理冶煉廢水后，可以確保廢水達標(biāo)排放，從而大大減少排污費的交納。而且，各重金屬因子濃度極低，遠遠優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，利于環(huán)境保護及冶煉業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時，還可進行資源化利用，回收大量重金屬，創(chuàng)造經(jīng)濟效益?？傊?，ETIG電絮凝工藝在處理冶煉廢水方面，是一種可以達到環(huán)境效益和經(jīng)濟效益雙贏的水處理技術(shù)。