CN111018208A - 一种电镀废水及污泥的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电镀废水及污泥的处理方法，包括以下步骤：(1)将电镀废水蒸发浓缩，冷凝水外排或者回用至电镀工艺中，将浓缩液与电镀污泥、碳源混合打浆；(2)在温度130‑250℃、压力2‑10MPa条件下，对浆液进行微波水热处理，使浆液中的碳源与金属元素原位反应生成碳基催化剂；(3)通入氧化剂，对水热处理后的浆液进行催化湿式氧化，反应结束后进行固液分离，固相进行干化处理后作为催化剂重复利用；(4)对固液分离得到的滤液进行电絮凝，电絮凝固渣部分回用至电镀污泥。本发明实现了电镀废水和电镀污泥的深度无害化、减量化处置，同时资源化得到可循环利用的湿式氧化废水处理的催化剂。

Description

一种电镀废水及污泥的处理方法
技术领域
本发明涉及废水和污泥处理领域，尤其涉及一种电镀废水及污泥的处理方法。
背景技术
电镀生产中产生的废水成分非常复杂，除含氰(CN-)和酸碱外，重金属是电镀业潜在危害性极大的污水类别，这些物质严重危害环境和人类身体健康。电镀废水的主要来源有：(1)镀件清洗水(是主要的废水来源)。该废水中除含重金属离子外，还含有少量的有机物，其含量较低，但数量较大；(2)镀液过滤冲洗水和废镀液的排放。这部分废水数量不大，但含量高，污染大；(3)工艺操作和设备、工艺流程中等造成的“跑、冒、滴、漏”排放的废液；(4)冲洗设备、地坪等产生的废水。
目前，电镀废水的处理多采用物理和化学的处理方法，例如化学沉淀法、离子交换处理法、吸附处理法、反渗透法等。最常用的是化学沉淀法，但反应过程中会产生大量的含重金属及有机物污泥，重金属由废水转移到污泥中，造成二次污染。常用离子交换法虽然离子交换树脂选择性强，但是离子交换树脂制造复杂，成本高，再生剂耗量大，操作管理水平要求高，由于电镀废水中除重金属外还存在其他络合剂、总氰类物质等有机物，其会对树脂造成较大的污染，且废水不经过后续处理不能达标排放。吸附处理法，吸附剂价格较贵，同时吸附剂需要再生和二次污染大，制约了吸附技术的广泛应用。现行电镀废水处理中，反渗透法能回收电镀液，从而取得较好的经济效益；但反渗透法中采用的渗透膜娇嫩，而电镀废水中溶质和悬浮物繁杂，而且绝大部分为酸性或碱性，很容易造成渗透膜的堵塞和破坏，造成社会财富的浪费。
由于电镀废水处理中金属常用化学沉淀法，因此会产生大量的电镀污泥，电镀污泥主要采用以下三种处理方式：一是无害化处理处置，污泥经固化处理后使污泥不会引起二次污染再丢弃或储存，但该技术需要侵占大量土地资源，而且固化后增容，运输成本提高；污泥里面的有用金属也得不到再次利用，造成资源浪费。二是污泥资源化利用，利用火法、湿法技术将污泥中的重金属提取回收利用，或者将电镀污泥作为原料制备其他材料，但是由于电镀污泥热值低，采用火法一般需要利用燃料，耗能较多而且焚烧过程容易造成二次污染；湿法技术相对来说成本低、二次污染小，但目前的湿法技术对铜、镍、铬的选择性较差，导致回收率较低。三是浸出法，通过对电镀污泥进行选择性浸出，使其中的重金属组分溶出，从而实现有价金属的分离和富集；浸出法具有工艺简单、金属回收率高的优点，但是普遍存在选择性相对偏差，废液难以处理的问题。
另外，电镀废水和电镀污泥通常是分开处理，处理过程繁琐，并且在各种处理过程中需要额外添加氧化剂或催化剂，处理成本高，处理效率偏低。
发明内容
本发明提供了一种电镀废水及污泥的处理方法，实现了电镀废水和电镀污泥的深度无害化、减量化处置，同时资源化得到可循环利用的湿式氧化废水处理的催化剂。
具体技术方案如下：
一种电镀废水及污泥的处理方法，包括以下步骤：
(1)将电镀废水蒸发浓缩，冷凝水外排或者回用至电镀工艺中，将浓缩液与电镀污泥、碳源混合打浆；
(2)在温度130-250℃、压力0.5-10MPa条件下，对浆液进行微波水热处理，使浆液中的碳源与金属元素原位反应生成碳基催化剂；
(3)通入氧化剂，对水热处理后的浆液进行催化湿式氧化，反应结束后进行固液分离，固相进行干化处理后作为催化剂重复利用；
(4)对固液分离得到的滤液进行电絮凝，电絮凝固渣部分回用至电镀污泥。
本发明将电镀废水和电镀污泥混合打浆并添加碳源，在微波作用下，浆液中的碳源和金属元素原位反应生成碳基催化剂，再经催化湿式氧化对浆液进行深度处理，将电镀废水和电镀污泥中的总氰类物质、金属络合剂、光亮剂、分散剂等较难氧化的有机物完全降解为水、氮气和二氧化碳，有机物得到有效去除，由于碳基催化剂具有吸附和氧化还原作用，电镀废水和电镀污泥中的重金属离子也得到一定去除，最后再利用电絮凝进一步回收湿式氧化出水的重金属离子，实现对电镀废水中重金属离子的最大程度的回收利用。
步骤(1)对浓缩液和电镀污泥进行调配，主要作用是调配废水和污泥的比例，通过补充添加碳源，使碳源和金属元素达到合适的比例。
优选的，步骤(1)得到的浆液中，固含量为1～10wt％。
优选的，步骤(1)得到的浆液中，碳源含量以TOC含量计，金属元素含量与碳源含量的比值为0.05-5∶20，TOC含量不低于30000mg/L。
金属元素和碳源的比例决定了原位生成的催化剂活性组分在载体表面或孔道里面的负载量；TOC是总有机碳的代表，是碳基载体的前驱物，TOC过低则无法形成有效结构的碳基载体，催化剂活性会大幅下降。
所述的碳源为纤维素、葡萄糖和淀粉中的一种或多种。
在微波、高温高压作用下，浆液中的碳源发生原位反应生成水热碳，同时浆液中的金属元素铜、锌、镍、锰和/或钴等原位负载在水热碳的孔道和表面，形成碳基催化剂，该催化剂具有较好的结晶性、吸附性和催化活性。
优选的，步骤(2)中，温度为130-250℃、压力为2-8MPa，微波频率为2.45GHz，微波功率为150-600W，反应时间为0.5-3h。
步骤(3)进一步利用微波水热反应的余热，将氧化剂泵入进行深度氧化处理。浆液中的有机物在高温、高压、催化剂、氧化剂的协同作用下，被氧化分解成易生物降解的小分子有机物，进一步氧化分解成二氧化碳和水，由于碳基催化剂具有吸附和氧化还原作用，浆液中的重金属离子也得到一定去除。
优选的，步骤(3)中，反应温度为200-300℃、压力为5-8MPa，反应时间为2-3h。
优选的，步骤(3)中，所述的氧化剂为空气、氧气和双氧水中的一种或多种，氧化剂的泵入量为理论需量的1.1-1.5倍。
所述的理论需量是指，混合液中的有机物全部氧化分解成二氧化碳和水所需要的氧化剂的理论值。
步骤(3)中，反应后，对反应液进行冷却、固液分离，将滤液的pH调节至6-9。
优选的，步骤(4)中，电絮凝时，阳极电极为铁电极，阴极电极为钛电极、石墨电极或铜电极；电流密度为2-100mA/cm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中，电镀废水经蒸发浓缩与电镀污泥打浆，实现电镀废水和电镀污泥的深度无害化、减量化处置，同时资源化得到可循环利用的湿式氧化废水处理的催化剂；
(2)在微波水热作用下，利用废弃纤维素等简单有机碳源和电镀废水中复杂的重金属离子，原位生成碳基的负载型催化剂，该催化剂在湿氧条件下不仅可以高效去除废水中有机物和重金属离子，且可重复利用，实现以废治废；
(3)高温高压催化湿式氧化后的出水，进一步采用电絮凝的办法对有机物处理并对残余重金属离子进一步回收，电絮凝固渣可以部分合并电镀污泥一并处理减量，最大程度实现绿色循环利用。
具体实施方式
实施例1
某电镀厂的电镀清洗废水和电镀污泥，其中废水固含量约为3％，COD约为4500mg/L、强酸性；污泥主要为物化污泥和少量生化污泥组成，污泥平均含水率为65％(以质量计)。
废水浓缩一倍后取废水和污泥打浆，取样测试固含量为8％，向污泥打浆液中添加一定量纤维素废液，搅拌均匀后过滤滤去少许机械杂质，测试混合液体上清液COD约115000mg/L、TOC约45000mg/L、通过ICP测试得到金属元素(铁、铜、锰)含量合计约210mg/L，混合液调节pH至3.8备用。
上述混合物转入微波反应釜中，开启微波发生器(2.45GHz、功率450W)，使反应液的温度升高到260℃、搅拌保持3h，生成碳基催化剂(Cu-Fe-Mn-C，Cu、Fe、Mn与C的质量比分别为0.05∶1、0.3∶1、0.007∶1)，固体物合计重量占比约4.7％，外观为含悬浮颗粒废液。
结束后，将混合液调节pH＝5-6后转入高温高压反应釜，并通入一定量的空气，空气量根据废液的COD计算，按照需氧量的110％，开启加热和搅拌，进一步升高温度到280℃并持续1.5h；反应结束后，出水固体物质约4.1％，固体颗粒物洗涤、烘干，可以进行循环使用；出水滤液COD为6100mg/L、TOC为2400mg/L、出水的金属离子浓度合计为21.4mg/L；以上综合处置后，总有机物COD削减率约为94％、污泥相对减量83％。
上述滤液调节pH至8.5-9.5转入电絮凝***，电流密度控制在2～100mA/cm2、电压2.7V，时间45min；检测电絮凝出水的金属离子浓度合计为2.7mg/L，电絮凝出水回调酸可以回用至电镀酸洗工艺。
实施例2
某电镀厂的电镀清洗废水和电镀污泥，其中废水固含量约为3.7％，COD约为6800mg/L、强酸性；污泥主要为物化污泥和少量生化污泥组成，污泥平均含水率为71％(以质量计)。
废水浓缩一倍后取废水和污泥打浆，取样测试固含量为9.2％，向污泥打浆液中添加一定量纤维素废液，搅拌均匀后过滤滤去少许机械杂质，测试混合液体上清液COD约162000mg/L、TOC约57000mg/L、通过ICP测试得到金属元素(铁、铜、锰)含量合计约980mg/L，混合液调节pH至4.0备用。
上述混合物转入微波反应釜中，开启微波发生器(2.45GHz、功率450W)，使反应液的温度升高到270℃、搅拌保持2h，生成碳基催化剂(Cu-Fe-Mn-C，Cu、Fe、Mn与C的质量比分别为0.04∶1、0.08∶1、0.02∶1)，固体物合计重量占比约5.2％，外观为含悬浮颗粒废液。
结束后，将混合液调节pH＝5.5-6.5后转入高温高压反应釜，并通入一定量的空气，空气量根据废液的COD计算，按照需氧量的150％，开启加热和搅拌，进一步升高温度到280℃并持续2h；反应结束后，出水固体物质约4.4％，固体颗粒物洗涤、烘干，可以进行循环使用；出水滤液COD为9400mg/L、TOC为3800mg/L、出水的金属离子浓度合计为13mg/L。
上述滤液调节pH至8.5-9.5转入电絮凝***，电流密度控制在2～100mA/cm2、电压2.7V，时间35min；检测电絮凝出水的金属离子浓度合计为1.5mg/L，电絮凝出水回调酸可以回用至电镀酸洗工艺。
实施例3
某电镀厂的电镀清洗废水和电镀污泥，其中废水固含量约为2.8％，COD约为11000mg/L、强酸性；污泥主要为物化污泥和少量生化污泥组成，污泥平均含水率为80％(以质量计)。
废水浓缩一倍后取废水和污泥打浆，取样测试固含量为6.5％，向污泥打浆液中添加一定量葡萄糖废液，搅拌均匀后过滤滤去少许机械杂质，测试混合液体上清液COD约151000mg/L、TOC约48000mg/L、通过ICP测试得到金属元素(铁、铜、锰)含量合计约1150mg/L，混合液调节pH至4.5备用。
上述混合物转入微波反应釜中，开启微波发生器(2.45GHz、功率550W)，使反应液的温度升高到270℃、搅拌保持4h，生成碳基催化剂(Cu-Fe-Mn-C，Cu、Fe、Mn与C的质量比分别为0.03∶1、0.06∶1、0.015∶1)，固体物合计重量占比约6％，外观为含悬浮颗粒废液。
结束后，将混合液调节pH＝5-6后转入高温高压反应釜，并通入一定量的空气，空气量根据废液的COD计算，按照需氧量的150％，开启加热和搅拌，进一步升高温度到280℃并持续2h；反应结束后，出水固体物质约5.4％，固体颗粒物洗涤、烘干，可以进行循环使用；出水滤液COD为10500mg/L、TOC为4400mg/L、出水的金属离子浓度合计为44.5mg/L；以上综合处置后，总有机物COD削减率约为93％、污泥相对减量87％。
上述滤液调节pH至8.5-9.5转入电絮凝***，电流密度控制在2～100mA/cm2、电压2.7V，时间60min；检测电絮凝出水的金属离子浓度合计为9.1mg/L，电絮凝出水回调酸可以回用至电镀酸洗工艺。
实施例4
某电镀厂的电镀清洗废水和电镀污泥，其中废水固含量约为2.1％，COD约为3800mg/L、强酸性；污泥主要为物化污泥和少量生化污泥组成，污泥平均含水率为77％(以质量计)。
废水浓缩一倍后取废水和污泥打浆，取样测试固含量为8％，向污泥打浆液中添加一定量葡萄糖废液，搅拌均匀后过滤滤去少许机械杂质，测试混合液体上清液COD约154000mg/L、TOC约7100mg/L、通过ICP测试得到金属元素(铁、铜、锰)含量合计约1450mg/L，混合液调节pH至4.2备用。
上述混合物转入微波反应釜中，开启微波发生器(2.45GHz、功率450W)，使反应液的温度升高到270℃、搅拌保持4h，生成碳基催化剂(Cu-Fe-Mn-C，Cu、Fe、Mn与C的质量比分别为0.035∶1、0.05∶1、0.3∶1)，固体物合计重量占比约6.8％，外观为含悬浮颗粒废液。取一半该悬浮液过滤，测试滤液COD约68000mg/L、TOC约3200mg/L、通过ICP测试得到金属元素(铁、铜、锰)含量合计约310mg/L，该滤液备用；
结束后，将混合液调节pH＝5-6后转入高温高压反应釜，并通入一定量的空气，空气量根据废液的COD计算，按照需氧量的150％，开启加热和搅拌，进一步升高温度到280℃并持续3h；反应结束后，出水固体物质约6.2％，固体颗粒物洗涤、烘干作为循环催化剂使用；出水滤液COD为9900mg/L、TOC为4300mg/L、出水的金属离子浓度合计为56mg/L；以上综合处置后，总有机物COD削减率约为94％、污泥相对减量85％。
上述滤液调节pH至8.5-9.5转入电絮凝***，电流密度控制在2～100mA/cm2、电压2.7V，时间80min；检测电絮凝出水的金属离子浓度合计为11mg/L，电絮凝出水回调酸可以回用至电镀酸洗工艺。
催化剂套用实验：取上述备用滤液并添加回收的固体催化剂5％(质量比)，混合液调节pH＝5-6并后转入高温高压反应釜，通入一定量的空气，空气量根据废液的COD计算，按照需氧量的150％，开启加热和搅拌，进一步升高温度到280℃并持续3h；反应结束后，出水固体物质约4.4％，固体颗粒物洗涤、烘干作为下次使用；出水滤液COD为10300mg/L、TOC为4500mg/L、出水的金属离子浓度合计为62mg/L；催化剂套用实验出水与新鲜催化剂效果相当，表明催化剂具有较好的重复使用效果。
上述滤液调节pH至8.5-9.5转入电絮凝***，电流密度控制在2～100mA/cm2、电压2.7V，时间150min；检测电絮凝出水的金属离子浓度合计为33mg/L，出水可以进一步增加电絮凝时间，降低出水金属离子至7.3mg/L；电絮凝出水回调酸可以回用至电镀酸洗工艺。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电镀废水蒸发浓缩，冷凝水外排或者回用至电镀工艺中，将浓缩液与电镀污泥、碳源混合打浆；
(2)在温度130-250℃、压力2-10MPa条件下，对浆液进行微波水热处理，使浆液中的碳源与金属元素原位反应生成碳基催化剂；
(3)通入氧化剂，对水热处理后的浆液进行催化湿式氧化，反应结束后进行固液分离，固相进行干化处理后作为催化剂重复利用；
(4)对固液分离得到的滤液进行电絮凝，电絮凝固渣部分回用至电镀污泥。
2.根据权利要求1所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(1)得到的浆液中，固含量为1～10wt％。
3.根据权利要求1所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(1)得到的浆液中，碳源含量以TOC含量计，金属元素含量与碳源含量的比值为0.05-5∶20，TOC含量不低于30000mg/L。
4.根据权利要求1或3所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，所述的碳源为纤维素、葡萄糖和淀粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，温度为130-250℃、压力为2-8MPa，微波频率为2.45GHz，微波功率为150-600W，反应时间为0.5-3h。
6.根据权利要求1所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，反应温度为200-300℃、压力为5-8MPa，反应时间为2-3h。
7.根据权利要求1或6所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的氧化剂为空气、氧气和双氧水中的一种或多种，氧化剂的泵入量为理论需量的1.1-1.5倍。
8.根据权利要求1所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，反应后，对反应液进行冷却、固液分离，将滤液的pH调节至6-9。
9.根据权利要求1或8所述的电镀废水及污泥的处理方法，其特征在于，步骤(4)中，电絮凝时，阳极电极为铁电极，阴极电极为钛电极、石墨电极或铜电极；电流密度为2-100mA/cm2。
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