電鍍廢水含有高濃度的重金屬離子，對生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。聚氯化鋁鐵（PAFC）作為一種新型無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑，因其獨特的化學(xué)特性在電鍍廢水處理中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文系統(tǒng)研究了PAFC對電鍍廢水中銅、鎳、鉻、鋅等典型重金屬的去除機(jī)理，通過正交實驗優(yōu)化了pH值、投加量、反應(yīng)時間等關(guān)鍵參數(shù)。研究結(jié)果表明，在pH 7.5-8.5、PAFC投加量40-60mg/L條件下，對銅、鎳的去除率可達(dá)95%以上，對六價鉻的去除率超過85%。通過XPS和FTIR表征揭示了PAFC與重金屬的絡(luò)合沉淀機(jī)制，并結(jié)合實際工程案例驗證了PAFC與傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差異。本研究為電鍍廢水深度處理提供了高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。
關(guān)鍵詞：聚氯化鋁鐵；電鍍廢水；重金屬去除；絡(luò)合沉淀；廢水處理
典型電鍍廢水水質(zhì)特征：
| 重金屬 | 濃度范圍(mg/L) | 主要存在形態(tài) | 毒性效應(yīng) |
|---|---|---|---|
| 銅(Cu) | 10-200 | Cu²?,Cu(CN)?²? | 肝腎功能損傷 |
| 鎳(Ni) | 20-150 | Ni²?,Ni(OH)? | 致癌致畸 |
| 鉻(Cr) | 5-100 | CrO?²?,Cr³? | 細(xì)胞DNA損傷 |
| 鋅(Zn) | 50-300 | Zn²?,Zn(OH)?²? | 神經(jīng)系統(tǒng)毒性 |
| 技術(shù) | 優(yōu)點 | 局限性 | 殘余濃度 |
|---|---|---|---|
| 化學(xué)沉淀 | 成本低 | 污泥量大 | 0.5-2mg/L |
| 離子交換 | 深度去除 | 再生困難 | <0.1mg/L |
| 膜分離 | 出水優(yōu) | 膜污染重 | <0.01mg/L |
| 電化學(xué) | 自動化高 | 能耗大 | 0.1-0.5mg/L |
雙金屬協(xié)同：Al³?的強(qiáng)絮凝與Fe³?的氧化還原協(xié)同
廣譜去除：對多種重金屬均有效
污泥減量：較傳統(tǒng)石灰法減少30-40%污泥量
PAFC試劑：Al/Fe摩爾比3:1，鹽基度75%
模擬廢水：
Cu²? 50mg/L（CuSO?·5H?O）
Ni²? 30mg/L（NiCl?·6H?O）
Cr(VI) 20mg/L（K?Cr?O?）
實際廢水：某電鍍園區(qū)綜合廢水（含CN?、絡(luò)合劑）
單因素實驗：
pH梯度：3.0-10.0
PAFC投量：10-100mg/L
反應(yīng)時間：5-60min
正交實驗：
L?(3?)考察pH、投量、時間、溫度
分析方法：
重金屬：ICP-MS（EPA 6020B）
形態(tài)分析：XPS、FTIR
絮體特性：Zeta電位、粒度分析
| 重金屬 | 最佳pH | 最佳投量(mg/L) | 去除率(%) | 殘余濃度(mg/L) |
|---|---|---|---|---|
| Cu²? | 8.0 | 50 | 98.2 | 0.09 |
| Ni²? | 8.5 | 60 | 96.5 | 0.11 |
| Cr(VI) | 7.5 | 80 | 87.3 | 0.26 |
| Zn²? | 8.0 | 40 | 94.8 | 0.15 |
注：反應(yīng)時間30min，溫度25℃
Cu/Ni/Zn：最佳pH 7.5-8.5（氫氧化物沉淀）
Cr(VI)：pH 7.0-8.0（先還原后沉淀）
# Cu去除率隨PAFC投量變化 import matplotlib.pyplot as plt x = [0,20,40,60,80,100] y = [0,65,92,98,97,96] plt.plot(x,y,'bs-') plt.xlabel('PAFC投加量(mg/L)') plt.ylabel('Cu去除率(%)')
經(jīng)濟(jì)投量區(qū)間：40-60mg/L
過量投加導(dǎo)致膠體再穩(wěn)
XPS分析結(jié)果：
Al2p峰位移+0.8eV→Al-O-M鍵形成
Fe2p?/?峰顯示Fe³?/Fe²?共存→氧化還原作用
FTIR特征峰：
3450cm?¹（-OH伸縮振動）
1630cm?¹（M-OH彎曲振動）
1080cm?¹（Al-O-Fe鍵）
項目背景：
水量：500m³/d
主要污染物：Cu 80mg/L、Ni 45mg/L
原工藝：NaOH沉淀→PAC絮凝
改造方案：
替換為PAFC一步處理（pH 8.5，60mg/L）
增設(shè)污泥脫水系統(tǒng)
運行效果：
| 參數(shù) | 原工藝 | PAFC工藝 | 改進(jìn)率 |
|---|---|---|---|
| 出水Cu | 1.2mg/L | 0.15mg/L | 87.5% |
| 污泥量 | 8.5t/d | 5.2t/d | 38.8% |
| 噸水成本 | 3.2元 | 2.6元 | 18.8% |
技術(shù)創(chuàng)新：
PAFC-焦亞硫酸鈉兩級處理：
PAFC 40mg/L（pH 3.0）還原Cr(VI)→Cr(III)
調(diào)pH至8.0沉淀
處理效果：
Cr總量從25mg/L降至0.3mg/L
污泥重金屬穩(wěn)定性提高（TCLP浸出Cu<0.5mg/L）
| 項目 | PAFC法 | 傳統(tǒng)石灰法 | 離子交換法 |
|---|---|---|---|
| 投資成本(萬元) | 120 | 80 | 250 |
| 運行成本(元/噸) | 2.8 | 3.5 | 5.2 |
| 污泥處置費(元/噸) | 150 | 200 | 50 |
反應(yīng)池：分快速混合（G=300s?¹）與慢速絮凝（G=50s?¹）
pH控制：自動加酸/堿系統(tǒng)（控制精度±0.2）
污泥處理：板框壓濾（含水率<65%）
PAFC對Cu、Ni等重金屬去除率>95%，出水達(dá)GB21900-2008標(biāo)準(zhǔn)
最佳pH 7.5-8.5，經(jīng)濟(jì)投量40-60mg/L
較傳統(tǒng)方法降低污泥量30%以上
開發(fā)抗絡(luò)合劑干擾的改性PAFC
研究重金屬回收利用工藝
優(yōu)化PAFC-膜分離組合工藝