CN1807266A - 一种电镀废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含铬和高浓度有机物的电镀废水的处理方法，该方法采用蒸发浓缩和火焰灼烧技术除去所述废水中的水分和有机物，并将Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，产生的干污泥还可烧制成砖。

Description

一种电镀废水处理方法

技术领域

本发明涉及电镀废水处理，具体而言，涉及一种处理含铬及高浓度有机物的电镀废水的方法和设备。

背景技术

电镀可以改变金属或非金属制品的表面属性，如抗腐蚀性、外观装饰性、导电性、耐磨性、可焊性等，目前已广泛应用于机械制造工业、轻工业、电子电气工业等。但电镀通常需要使用大量强酸、强碱、重金属溶液，甚至包括镉、氰化物、铬酐等有毒有害化学品，并在工艺过程中排放出污染环境和危害人类健康的废水、废气和废渣。我国电镀行业每年排放的含重金属废水约为4亿吨。

镀锌在整个电镀中约占一半，而镀锌的钝化绝大部分采用铬酸盐，因而钝化产生的含铬废水量很大，镀铬也是电镀中的一个主要镀种，其废水量也不少。在铜件酸洗、镀铜层的退除、铝件钝化、铝件电化学抛光、铝件氧化后的钝化等作业中也广泛使用铬酸盐。因此，含铬电镀废水是电镀废水的主要来源之一。

含铬电镀废水处理的常规方法主要有化学法、离子交换法和电解法。

化学法常用的有亚硫酸盐法和铁氧体法，其基本原理是在酸性条件下，向废水中加入亚硫酸盐或硫酸亚铁，使废水中的六价铬还原成三价铬，再加碱调节废水PH值至碱性，使三价铬形成氢氧化铬沉淀而除去，废水得到净化。

离子交换法主要是利用离子交换树脂中的交换离子同电镀废水中的重金属离子进行交换而将其除去，使水得到净化。

电解法在处理含铬电镀废水时，一般选用铁板作为阳极和阴极，在直流电作用下，铁阳极不断溶解产生亚铁离子，该亚铁离子在酸性条件下将六价铬还原成三价铬。随反应的进行，氢离子浓度逐渐减少，pH值则逐渐升高，溶液从酸性变成碱性，使溶液中的三价铬离子生成氢氧化物沉淀，废水得到净化。

上述三种方法虽然对Cr⁶⁺的去除效率很高，但均存在着处理能力单一的问题，特别是对于电镀废水中的有机物，均无较明显的去除效果。因此，目前的普遍做法是对含高浓度有机物的电镀废水进行单独的收集处理，这就使工艺变得更复杂，成本也更高，并且还存在着污泥量大，导致对环境的二次污染问题。

针对上述问题，人们提出了一些新的方法，以综合处理电镀废水中的Cr⁶⁺和有机物。

例如，CN88100778提出了一种铁屑电解法，该方法利用微电池原理所引起的电化学和化学反应及物理作用，包括氧化、吸附、共沉淀等多种途径除去电镀废水中的Cr⁶⁺和有机物。CN97105808.3在此基础上提出了一种铁屑沉淀法，可利用吸附与沉淀池中的漂白粉除去有机物。但这两种方法去除有机物的能力都非常有限，不适宜处理含铬及高浓度有机物的电镀废水，并且操作步骤也较为繁琐。

CN03157655.9还提出了一种膜分离法。该方法采用碳纤维除去废水中的有机物，然后将纳滤和反渗透技术结合起来除去废水中的Cr⁶⁺。该方法虽然综合处理能力较强，但膜组件的成本及维修费用较高，大规模处理的能力有限，从而制约了其进一步的应用。

此外还有生物法。生物法一般利用自然界中经驯化的微生物处理电镀废水。该方法的原理是利用复合功能菌在培菌池中不同层次的繁殖，使其各自承担独特的微生物功能，通过它们之间的互生、共生以及在化学、物理和遗传信息水平三个层次上的相互协作对六价铬等金属的抗性、耐性和价态转化及其净化起作用，并同时使电镀废水中的有机物发生氧化分解。生物法的综合处理能力强，污泥量少。但是该方法的功能菌繁殖速度较慢，反应效率受到限制，因此不适宜于处理Cr⁶⁺浓度较高的废水。此外，培养功能菌时的温度需保持在40℃左右，每天还需定量投加合成培养基，因此该方法的适应性差，工程造价和处理费用较高。参考，例如，CN93106616.6、CN96114165.4和CN200410021771.5等。

因此，亟需开发一种适用范围广的绿色新工艺，以有效处理含铬及高浓度有机物的电镀废水，并从而简化操作步骤，降低处理成本，杜绝二次污染等问题。

发明内容

本发明意外地发现，若在高温火焰中灼烧含铬及高浓度有机物的电镀废水，可在燃烧除去有机物的同时，使Cr⁶⁺还原为Cr³⁺。

因此，本发明的目的之一在于提供一种含铬及高浓度有机物电镀废水的处理方法，包括如下步骤：

(a)将电镀废水进行蒸发浓缩得到浓缩液；

(b)将浓缩液直接喷到高温火焰中灼烧得到电镀污泥；

(c)烘干所述电镀污泥得到干污泥。

本发明采用将电镀废水浓缩后直接喷射到火焰中进行灼烧的方法，实现了Cr⁶⁺与高浓度有机物的综合处理，简化了操作步骤。此外，产生的污泥量较低，仅为化学法的1/10，大大减轻了后续处理的负担，有助于环保。

本发明的另一目的在于提供用于处理电镀废水的设备，该设备包括蒸发浓缩装置、火焰灼烧装置和烘箱。本发明设备引入火焰灼烧装置后，可使热量传递最大化，充分利用了能源。整套设备操作简单具有很强的实用性。

附图说明

图1示例性的说明了本发明的一个优选实施方案。

具体实施方式

本发明提供了一种含铬及高浓度有机物电镀废水的处理方法，包括如下步骤：

(a)将电镀废水进行蒸发浓缩得到浓缩液；

(b)将浓缩液直接喷到高温火焰中灼烧得到电镀污泥；

(c)烘干所述电镀污泥得到干污泥。

在一个优选实施方案中，本发明方法还包括

(d)将干污泥粉碎后再与其他制砖材料一起混合、烧制成砖。

本发明采用将电镀废水浓缩后直接喷射到火焰中进行灼烧的方法，实现了Cr⁶⁺与高浓度有机物的综合处理，简化了操作步骤。如果将产生的干污泥直接用于烧制成砖，则杜绝了二次污染，实现了废渣的再利用，有助于环保。

优选地，所述步骤(a)在对电镀废水进行蒸发浓缩前，可根据浓度回收电镀废水，即将六价铬离子浓度小于或等于120mg/l的低浓度电镀废水，如漂洗液回收至电镀水箱，而将六价铬离子浓度大于120mg/1的高浓度电镀废水，如退镀液回收至浓缩水箱。电镀水箱中低浓度的电镀废水经蒸发浓缩后送至浓缩水箱与高浓度的电镀废水混合得到浓缩液。因此，本发明方法适用于各种浓度的电镀废水，具有适用范围广的特点。

其中，步骤(a)中的蒸发浓缩通常在60～100℃下进行1～3小时，直至体积浓缩至含水率约为30％～50％。优选地，可加入诸如活性炭等可燃性多孔物质以促进浓缩。

步骤(b)通常采用喷嘴等装置将浓缩液喷射至800℃～1000℃的高温火焰中，形成含水率为5％～15％的电镀污泥。高温火焰可由天然气与空气燃烧生成，也可由等离子体和电弧产生。优选由天然气和空气燃烧产生高温火焰，其中空气与天然气的体积比通常为7∶3.5～7∶3。。

步骤(c)中的烘干在300～400℃下进行3～4小时，直至形成含水率为3％～4％的干污泥。

制砖采用该领域已熟知的方法，对于本发明的干污泥，优选采用煤粉和黏土作为原料。三者的重量比分别为：干污泥3％～10％，煤粉7％～15％，黏土75％～90％。

在进行蒸发浓缩和火焰灼烧前，还可任选地将电镀水箱和浓缩水箱中废水的pH值分别调节至7～9，以降低对各装置的腐蚀，延长装置的寿命。

本发明还提供一种用于处理电镀废水的设备，该设备包括蒸发浓缩装置、火焰灼烧装置和烘箱。本发明设备引入火焰灼烧装置后，可获得最大化的热量传递，充分利用了能源。整套设备操作简单具有很强的实用性。

在一个优选实施方案中，本发明的设备还包括制砖设备。

优选地，所述设备还可包括电镀水箱和浓缩水箱，以根据浓度回收电镀废水，即将六价铬离子浓度小于或等于120mg/l的低浓度电镀废水，如漂洗液回收至电镀水箱，而将六价铬离子浓度大于120mg/l的高浓度电镀废水，如退镀液回收至浓缩水箱。

本发明使用的蒸发浓缩装置可为，例如，蒸发锅、蒸发器、浓缩器、浓缩罐或三效加热蒸发装置等，优选三效加热蒸发装置。在一个优选实施方案中，本发明采用的三效加热蒸发装置，以蒸汽为热源，采用一次蒸汽的多次利用以及平流蒸发工艺，蒸发速度快，循环力度大，占地面积小，耗能量约为一般浓缩设备的30％，从而大大降低了成本。

本发明的火焰灼烧装置一般包括喷嘴，并优选采用天然气和空气燃烧产生火焰，因此相应地，本发明的火焰灼烧装置还包括用于输入天然气和空气的进气管线以及用于输出废气的排气管线。

本发明使用的烘箱优选采用全封闭结构，以防止蒸汽外泄。在烘箱的侧壁通入高温蒸汽，通过箱壁导热，使烘箱的温度保持在300℃～400℃。

下面将结合附图对本发明作进一步描述。附图仅旨在一般地表示本发明一个优选实施方案，而不构成对本发明的限制。

根据浓度将电镀废水分别回收至电镀水箱和浓缩水箱。将电镀水箱中废水的pH调节至7～9后送入三效加热蒸发装置，然后通过高温蒸汽的加热和抽真空作用，使电镀废水连续经过三段蒸发进行浓缩，除去大部分水分。最后送至浓缩水箱与高浓度的电镀废水混合形成含水率为30％～50％的浓缩液。

将浓缩水箱中浓缩液的pH调节至7～9，并由废水泵增压后在喷嘴作用下以水雾状直接喷入温度为800℃～1000℃的高温火焰中，燃烧形成含水率为5％～15％的电镀污泥。通常，火焰灼烧以天然气为热源，空气与天然气的体积比为7∶3.5～7∶3。废水中的有机物经火焰灼烧除去，产生的废气符合排放标准，并随水分蒸发产生的大量水蒸汽一起排入大气中。同时，废水中的Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，对于Cr⁶⁺还原的原因，目前尚不知晓，有可能是由于火焰的还原作用。

最后，将电镀污泥送至烘箱烘干形成含水率为约3％～4％的干污泥。烘箱侧壁通有高温蒸汽，通过箱壁导热，使烘箱的温度保持在300℃～400℃，以对烘箱内的高浓度粘稠电镀污泥进行加热，使其中的水分进一步蒸发去除，从而污泥逐渐变干并结成泥饼。

将干污泥粉碎后与煤粉和黏土混合，加水成坯后晾干，于轮窑中烧制2～3天即制得红砖。在一个优选实施方案中，污泥粉、煤粉和黏土混合的重量百分比为：污泥粉5％、煤粉10％、黏土85％。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但所述实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例

本说明书中，除非另外说明，所有Cr⁶⁺的浓度均采用二苯碳酸二肼分光光度法(GB 7467)测得，有机物浓度均由K₂CrO₇法(GB 11914)测得。

实施例1

汽车制造电镀废水中Cr⁶⁺浓度为78mg/l，有机物浓度为810mg/l。将该电镀废水送入蒸发罐中在90℃下蒸发浓缩3小时，得到含水率为35％的浓缩液。

将浓缩液经喷嘴以水雾状直接喷入高温火焰中燃烧得到含水率为8％的电镀污泥。其中，火焰灼烧装置采用天然气作为热源，天然气与空气的体积比为3.5∶7，天然气热值为8700千卡/立方米，天然气压力为0.2MPa，空气压力为0.65MPa，火焰温度为950℃。排放的废气如表1所示。

将电镀污泥送至烘箱中，于400℃下烘干三个半小时，得到含水率为3％的干污泥。

实施例2

镀锌漂洗液中Cr⁶⁺的浓度为91mg/1，有机物的浓度为740mg/l，退镀液中Cr⁶⁺的浓度为167mg/1，有机物的浓度为940mg/l。

将漂洗液回收至电镀水箱，然后采用三效加热蒸发装置进行蒸发浓缩，得到含水率为40％的浓缩液。其中三效加热蒸发装置的温度为：一效90℃，二效80℃，三效70℃；真空度为：一效0.04大气压，二效0.05大气压，三效0.06大气压。

将浓缩液与退镀液一起送至浓缩水箱，然后经喷嘴以水雾状直接喷入高温火焰中燃烧得到含水率为10％的电镀污泥。其中，火焰灼烧装置采用天然气作为热源，天然气与空气的体积比为3.2∶7，天然气热值为8500千卡/立方米，天然气压力为0.18MPa，空气压力为0.65MPa，火焰温度为900℃。排放的废气如表1所示。

表1废气排放浓度及相关国家标准^*

名称	实施例1(mg/m3)	实施例2(mg/m3)	国家标准(mg/m3)
				一氧化碳CO	88	90	100
氮氧化物NOx	23	26	500
				二氧化硫SO2	24	28	400
铬化合物	0.46	0.52	4
				镍化合物	0.91	0.86	1.0
烟尘	71	67	100

^*国家标准：危险废物焚烧污染控制标准GB18484-2001的《危险废物焚烧炉大气污染物排放限值》

将电镀污泥送至烘箱中，于380℃下烘干三个半小时，得到含水率为3％的干污泥。

将上述干污泥粉碎后与煤粉及黏土混合均匀，其中各组分的重量百分比分别为污泥粉5％、煤粉10％、黏土85％，然后加水成坯并切割为砖块，晾干10天，于轮窑中烧制3，降温2天，出窑即得成品砖。

Claims (10)

1.一种电镀废水处理方法，包括如下步骤：

(a)将电镀废水进行蒸发浓缩得到浓缩液；

(b)将浓缩液直接喷到高温火焰中灼烧得到电镀污泥；

(c)烘干所述电镀污泥得到干污泥。

2.权利要求1的方法，进一步包括下述步骤：

(d)将干污泥粉碎后再与其他制砖材料一起混合、烧制成砖。

3.权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤(a)为根据浓度回收电镀废水，将六价铬离子浓度小于或等于120mg/l的低浓度电镀废水进行蒸发浓缩后与六价铬离子浓度大于120mg/l的高浓度电镀废水混合得到浓缩液。

4.权利要求1～3中任一项的方法，其特征在于，蒸发浓缩在三效蒸发器中进行。

5.权利要求1～3中任一项的方法，其特征在于，高温火焰的温度为800℃～1000℃。

6.权利要求5的方法，其特征在于，高温火焰由天然气与空气燃烧产生。

7.权利要求6的方法，其特征在于，空气与天然气的体积比为7∶3.5～7∶3。

8.一种用于处理电镀废水的设备，包括蒸发浓缩装置、火焰灼烧装置和烘箱。

9.权利要求9的设备，还可包括电镀水箱、浓缩水箱和/或制砖设备。

10.权利要求8或9的设备，其特征在于火焰灼烧装置包括喷嘴，用于输入天然气和空气的进气管线以及用于输出废气的排气管线。