纳米铁技术协同生化工艺在电镀废水处理工程中的应用
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摘 要：针对苏州某电镀园区产生的电镀废水产生的不达标问题，采用纳米铁药剂作为处理剂处理电镀废水中的铬、镍、铜，再使用生化工艺降低废水常规指标。运行结果表明：纳米铁对电镀企业产生的综合废水、含镍废水、含铬废水、含铜废水的处理效果良好，能保证稳定达标《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中表3要求;而重金属胁迫效应的削弱也促进了后续生化工艺效果的提升使得整个工艺流程稳定运行，出水能达标排放。
关键词：电镀废水;重金属;纳米铁
1 工程概况
电镀废水成分复杂，其中往往含有大量镍、铬、铜等重金属，处理问题一直是环保行业的一大难题[1-3]。某污水处理公司，接纳的污水主要来自苏州某电镀园区，原设计水量为2000m3/d，主要为4种废水，其中含镍废水20%，含铬废水20%，含铜废水10%，综合废水50%。目前每天收纳废水总量约为1200m3/d，主要有含铬废水、含铜废水、综合废水、含镍废水等。
原有工艺处理系统采用重金属加药处理-CASS生化系统-混凝沉淀-过滤系统组合工艺，于2012年投入调试运行，但系统不稳定，针对《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中表3的要求，目前污水厂运行过程中第一类污染物检测口总镍等未能达到排放要求，总排口的总镍、氨氮、总磷、CODcr未能达到排放要求。突出表现在生化系统不起作用，对CODcr和氨氮的去除率很低，一般都低于20%。根据前期调研得知其原因主要如下：一是前期处理重金属的过程中，投加的各类盐较多，加上废水中现有可能存在的盐分导致废水盐分含量过高，二是废水中残留的重金属对微生物存在毒害作用[4]。
纳米铁技术[5]是近年来发展的一种新技术，基于铁单质对绝大多数重金属离子具有良好的还原特性，将铁单质加工为纳米粒径级别的铁粉，高达10000倍以上的体表面积比极大的提高了吸附及还原反应的速度，同时铁单质很高的密度也使得反应后的固液分离很容易完成，从而大大减少了沉淀反应时间和污泥体积，因此该技术用于电镀废水处理得到了越来越多的重视。
图1 原有废水处理工艺流程
针对废水处理工艺系统运行中存在的问题，经过小试试验，确定在废水处理系统采用纳米铁技术，对原有重金属处理段进行改进，使用纳米铁药剂取代重捕剂。经过近1年的运行表明，该技术较好的解决了原有运行过程中出现的重金属处理段第一类污染物检测口总镍等不达标的问题，生化段也得以稳定运行正常，总排口的总镍、氨氮、总磷、CODcr能达到排放要求。
2 废水水质
该电镀园区排出废水可以分为4股类型，在2014年5月至7月3个月间监测的生产废水水质及处理要求排放标准限值如下表1所示。
3 废水处理工艺
3.1 废水处理工艺流程
本次改造对原工艺流程不做改变，仅在重金属处理段采用纳米铁药剂替换原有重捕剂，因此工艺流程参见上图1。
3.2 主要构筑物及运行参数
3.2.1 调节池，pH调整池，反应池，沉淀池
重金属处理阶段主要作用是去除重金属，使废水各项重金属指标在进入生化系统前达到排放要求。在现有的调节池内加酸、碱、焦亚硫酸钠（含铬废水处理线），以确保进入处理系统的废水pH稳定在6～9之间。在现有的初沉池反应区投加纳米铁药剂以及次氯酸钠，现有初沉池沉降区用于固液分离，污泥进入现有的初沉污泥池，加药反应部分投加次氯酸钠（综合废水处理线、含镍废水处理线）、纳米铁和PAM，沉淀部分用于固液分离，污泥进入现有的物化污泥过渡池。各池体积如下：
3.2.2 CASS生化系统
主要运行控制参数：MLSS的质量浓度为3000～4500mg/L;DO的质量浓度为2.0～3.0mg/L;pH值为6.5～7.5;m（CODCr）∶m（N）∶m（P）=200∶5∶1;污泥经二沉池与水分离后回流至好氧池，过剩的污泥进入污泥处理单元。
3.2.3 混凝反应沉淀池
絮凝沉淀池由反应池和沉淀池组成。二沉池出水在反应池添加PAC、PAM，生成脱稳矾花，然后在沉淀池内用蜂窝斜管加速污泥沉降，实现污泥分离，絮凝沉淀池700m3。
3.2.4 过滤系统
过滤系统由多介质过滤器、精密过滤器和活性炭过滤池构成，进一步去除废水中的SS和COD。
4 运行结果
4.1 应用纳米铁工艺前后检测数据比较
该污水厂的废水处理改造工程于2015年1月完成，2月开始调试运行，经过近1年的运行，选取2015年4～6月的3个月的平均数据进行比较。表2是工艺出水主要污染因子的检测数据。从表2可以看出，应用纳米铁药剂技术后，不仅重金属完全符合国家排放标准，总排放口COD、氨氮等指标也有较大降低。
4.2 系统运行表现比较
采用纳米铁替代重捕剂作为重金属处理技术后，消除了一类排放口不达标问题，同时大大降低了盐类浓度和附加COD的输入，从而改善了生化系统进水的毒性。这是由于在重金属处理段大大削减了重金属的浓度，使得对生化系统微生物的胁迫大大降低，微生物活性也得到较好改善，系统运行稳定。
5 结论
采用纳米铁技术改进重金属处理段工艺，可以有效提高系统对重金属的去除能力，克服传统重捕剂技术稳定性的不足，解决重金属处理段第一类污染物检测口总镍等不达标的问题;同时可以有效地改善生化系统运行条件，生化段也得以稳定运行正常，确保了处理废水稳定达标排放。采用纳米铁技术工艺，不需要改变原有投药和反应体系，节约投资成本，操作灵活方便，且化学污泥产量也得到了降低，综合处理运行成本变化不大，在电镀行业具有较大的推广应用价值。
参考文献：
[1]王文星.电镀废水处理技术研究现状及趋势[J].电镀与精饰，2011，33（5）：42-46.
[2]王亚东，张林生.电镀废水水处理技术的研究进展[J].安全与环境工程，2008，15（3）：69-72.
[3]郑利祥.离子交换法处理含镍电镀废水的工程應用[J].工业水处理，2015，35（10）：87-90.
[4]代淑娟，魏德洲，白丽梅，等.生物吸附-沉降法去除电镀废水中镉[J].中国有色金属学报，2008，18（10）：1945-1950.
[5]黄园英，王倩，刘斯文，等.纳米铁快速去除地下水中多种重金属研究[J].生态环境学报，2014，23（5）：847-852.
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