曹旭，尚凱，2，楊昌力，鄒全偉，王明霞

（1.貴州綠色環(huán)保設(shè)備工程有限責(zé)任公司，貴陽　550002；2.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽　550025）

整流二極管生產(chǎn)廢水處理試驗(yàn)研究

曹旭1，尚凱1，2，楊昌力1，鄒全偉1，王明霞1

（1.貴州綠色環(huán)保設(shè)備工程有限責(zé)任公司，貴陽550002；2.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽550025）

采用中和-混凝沉淀工藝處理某公司生產(chǎn)整流二極管含酸堿、重金屬離子廢水。首先通過中和反應(yīng)調(diào)節(jié)廢水pH值，分析對比了不同的酸堿中和反應(yīng)的效果；再通過加混凝劑（PAC）和絮凝劑（PAM），去除其中的重金屬離子。結(jié)果表明，經(jīng)過混凝試驗(yàn)后的重金屬離子去除率很高，銅離子的質(zhì)量濃度由原水的13.23 mg/L降到了0.30 mg/L左右；鉛離子的質(zhì)量濃度由原水的0.032 mg/L降到了0.001 mg/L；鉻離子的質(zhì)量濃度由原水的1.720 mg/L降到了0.240 mg/L左右；對總鐵、總錳以及濁度都有很好的去除效果。

整流二極管；工藝廢水；重金屬離子；中和-混凝沉淀法

貴陽某電子科技公司于2006年組建并主要研發(fā)、生產(chǎn)汽車專用整流二極管、整流組件和半導(dǎo)體功率模塊等電子器件產(chǎn)品。在生產(chǎn)運(yùn)行期間，生產(chǎn)廢水（酸堿廢水）排放量為18 000 m3/a，生產(chǎn)廢水的來源主要是整流二極管工藝階段中腐蝕工段和清洗工段。其中腐蝕階段會用到和產(chǎn)生大量的酸堿和重金屬離子，如果處理不當(dāng)直接進(jìn)行排放，將會對水體造成污染。因此，需要去除其中污染物，達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級排放標(biāo)準(zhǔn)后，再排入廢水處理廠進(jìn)行處理。

該公司生產(chǎn)廢水根據(jù)時段不同主要有3種：酸性廢水，堿性廢水，中性廢水，因此考慮先用酸堿平衡法［1］對廢水進(jìn)行預(yù)處理。酸性廢水的CODCr和濁度比中性廢水和堿性廢水低，但是其氟化物和重金屬離子也明顯較多。主要是因?yàn)樗嵝詮U水中溶解的重金屬離子多，而銅離子在中性和堿性環(huán)境下易生成沉淀而使其濁度上升。該公司要求處理后出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996三級排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前針對半導(dǎo)體行業(yè)，主要是含氟廢水和含重金屬離子廢水的處理。含氟廢水的處理方法很多：如電滲析法、活性炭法、離子交換樹脂法、冷凍法、吸附法、超濾法，至今很少推廣應(yīng)用，主要原因是成本高，除氟率低。目前最實(shí)用的是混凝沉淀法和化學(xué)沉淀法［2］。含重金屬離子廢水的處理方法主要有：混凝、沉淀、吸附、生物降解、電滲析、反滲透、絡(luò)合-超濾［3］等?；炷?、吸附和沉淀是最為普遍應(yīng)用的方法，也是最經(jīng)濟(jì)的方法［4］。鑒于含氟廢水和含重金屬離子廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合該公司實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)成本，考慮采用中和-混凝沉淀工藝［5-6］處理含酸堿、重金屬離子廢水。本研究主要考察中和方式對pH值變化的影響，探討了石灰水投加量對氟化物去除效果及濁度變化的影響，以及藥劑投加量對重金屬離子去除效果的影響。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)水樣

取貴陽某電子科技公司酸性廢水、堿性廢水、中性廢水各1桶，其水質(zhì)情況如表1所示。

表1水質(zhì)情況Tab.1　Wasterwater characteristics

1.2試驗(yàn)方法

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果與GB 8978—1996對比可知，目前廢水中主要污染物為pH值、氟化物、NH3-N、CODCr以及銅離子、鉻離子，因此考慮首先通過中和反應(yīng)調(diào)節(jié)廢水pH值，再通過加混凝劑（PAC）［7］和絮凝劑（PAM）［8-9］，去除其中的重金屬離子。

（1）酸堿中和試驗(yàn)。酸性廢水通過選擇加入不同種類的堿進(jìn)行中和，調(diào)節(jié)其pH值為7，考察不同的堿對氟化物去除效果的影響，確定堿的種類和投加量。堿性廢水通過選擇加入H2SO4溶液或酸性廢水進(jìn)行中和，調(diào)節(jié)其pH值為7，考察其對CODCr去除效果的影響，確定酸的種類和投加量。

（2）混凝沉淀試驗(yàn)。確定了酸和堿的種類、投加量后，通過加入w（PAC）為10%的PAC溶液和w（PAM）為10%的PAM溶液進(jìn)行混凝試驗(yàn)，考察藥劑的投加量對重金屬離子去除效果的影響，測定上清液的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。

1.3分析方法

CODCr采用快速消解分光光度法進(jìn)行測定，總鐵采用鄰菲羅啉分光光度法進(jìn)行測定，總錳采用高碘酸鉀分光光度法進(jìn)行測定，氟化物采用離子選擇電極法進(jìn)行測定，SS采用重量法進(jìn)行測定，NH3-N采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測定［10］，電導(dǎo)率、pH值、濁度、TDS均采用儀器測定，重金屬離子采用ICP-AES進(jìn)行測定。

2　結(jié)果與討論

2.1不同方式調(diào)節(jié)pH值

連續(xù)18 d出水pH值變化情況如圖1所示。

圖1 出水pH值變化情況Fig.1　pH va1ue of eff1uent water

根據(jù)圖中pH值的變化趨勢，選取了中性、酸性、堿性3種不同pH值的廢水。中性廢水不需要調(diào)節(jié)pH值。對于堿性廢水，考慮2種中和方法：加體積比為1：1的H2SO4溶液、加酸性廢水。對于酸性廢水，考慮3種中和方法：加w（Ca（OH）2）為10%的石灰水、加w（NaOH）為20%的NaOH溶液、加堿性廢水。處理前后pH值的變化和酸堿的投加量如表2所示，無論是加酸還是加堿都只需要很少的量就能夠?qū)H值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。而酸性廢水和堿性廢水在中和時可以發(fā)現(xiàn)，并不是按照固定的比例就能夠?qū)H值調(diào)節(jié)到中性，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)工藝流程中酸堿用量的不確定性導(dǎo)致其差異性很大，所以無論是酸性廢水加到堿性廢水還是堿性廢水加到酸性廢水的方法均具有不確定性，故采用直接加酸或加堿來進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且用量很少，容易實(shí)現(xiàn)pH值的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。確定酸性廢水通過加入w（Ca（OH）2）為10%的石灰水，堿性廢水加入體積比為1：1的H2SO4溶液，中性廢水不需要調(diào)節(jié)。

表2　處理前后pH值的變化和酸堿的投加量Tab.2　pH va1ue of the wastewater before and after neutra1ization and reagents dosage

2.2氟化物的去除效果

氟化物主要存在于酸性廢水中，其質(zhì)量濃度達(dá)到72.6 mg/L，這是因?yàn)樵谡鞫O管生產(chǎn)工藝腐蝕階段需要用到氫氟酸，因此氟化物也是一個重要的污染物。考慮處理水作為直接排放的水，不能過多引入別的藥劑，對比了分別用石灰水和NaOH溶液中和酸性廢水后，再加入PAC和PAM進(jìn)行混凝試驗(yàn)取上清液檢測，結(jié)果表明，加入石灰水后，酸性廢水中氟化物的質(zhì)量濃度降為29.2 mg/L，處理效果顯著；而加入NaOH溶液后，酸性廢水中氟化物的質(zhì)量濃度為72.6 mg/L，沒有任何變化。這是因?yàn)榧尤胧宜?，酸性廢水中F-與Ca2+結(jié)合生成沉淀將其去除，而NaOH卻不能生成沉淀。所以處理氟化物時優(yōu)選用石灰水。

石灰水投加量對氟化物的去除效果和對濁度的影響如圖2所示。由圖2可知，在保證pH值為6～9時加入石灰水，隨著投加量的增加，氟化物去除率和濁度持續(xù)升高，但是投加量在大于0.05 mL以后，氟化物去除率增長較為緩慢，而濁度增長非常迅速，對出水水質(zhì)的影響很大，這是因?yàn)槭宜疂岫群芨撸?1］，隨著投加量的增加，出水濁度增加明顯，最終導(dǎo)致出水濁度不達(dá)標(biāo)。因此，選擇石灰水的投加量為每200 mL酸性廢水投加0.05 mL，即投加量為0.25 mL/L。

2.3重金屬離子的去除效果

PAC投加量對重金屬離子的去除效果如圖3所示。

圖2　石灰水投加量對氟化物的去除效果和對濁度的影響Fig.2　Effect of 1ime water dosage on f1uoride and trubidity remova1

圖3　PAC投加量對重金屬離子的去除效果Fig.3　Effect of PAC dosage on heavy meta1 ions remova1

投加不同量的PAC，經(jīng)過攪拌靜置，在宏觀上能夠明顯看到加入藥劑后迅速形成小的礬花并且快速長大逐漸沉淀到燒杯底部，水質(zhì)由有雜質(zhì)和渾濁物變?yōu)槌吻逋该?，沉淀物呈淺藍(lán)綠色?；炷囼?yàn)后的重金屬離子去除率很高，銅離子的質(zhì)量濃度由原水的13.23 mg/L降到0.30 mg/L左右；鉛離子的質(zhì)量濃度由原水的0.032 mg/L降到0.001 mg/L；鉻離子的質(zhì)量濃度由原水的1.720 mg/L降到0.240 mg/L左右；總鐵、總錳以及濁度都有很好的去除效果。

重金屬離子大量處于酸性廢水中，在加堿中和過程中能夠除去一小部分重金屬離子，而去除重金屬離子的關(guān)鍵是投加PAC和PAM，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，先加入PAC攪拌均勻，PAC投加量為每升廢水加入1.5～3.5 mL；再加入PAM攪拌，由于PAM濃度很低，投加量在1.25 mL/L左右對結(jié)果的影響不大，反應(yīng)沉淀時間15～30 min，隨著PAC投加量的增加重金屬離子去除率提高，當(dāng)投加量為2.5 mL時，去除率基本達(dá)到穩(wěn)定。隨著PAC投加量的繼續(xù)增加，過量的正電荷導(dǎo)致絮體表面互相排斥，降低了混凝效果。考慮到對去除率的影響和藥劑成本，確定PAC的投加量為2.5 mL/L，PAM的投加量為1.25 mL/L。

3　處理效果

3種廢水處理?xiàng)l件和水質(zhì)情況如下：中性廢水不需要進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，堿性廢水加入0.25 mL/L 的H2SO4溶液，酸性廢水加入0.25 mL/L的石灰水，調(diào)節(jié)3種廢水pH值至7左右，先加入2.5 mL/L的PAC攪拌均勻，再加入1.25 mL/L的PAM攪拌均勻，進(jìn)行沉淀取上清液，其水質(zhì)情況如表3所示。通過中和混凝試驗(yàn)后出水水質(zhì)能夠達(dá)到GB 8978—1996三級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3 處理后水質(zhì)情況Tab.3　Wasterwater characteristics after treatment

4　結(jié)語

采用中和-混凝沉淀在前期處理貴陽某電子科技公司廢水具有方法簡單、流程短、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、出水效果好等特點(diǎn)，出水水質(zhì)能夠達(dá)到GB 8978—1996三級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

目前該工藝存在的問題是：由于存在混凝沉淀的沉淀物而易使出水水質(zhì)不穩(wěn)定，因此在中和-混凝沉淀后加入氣浮試驗(yàn)，并且具有一定的效果，今后將更進(jìn)一步研究利用氣浮使污染物從廢水上層排出，使得出水達(dá)到GB 8978—1996一級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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Experimental study on treatment of wastewater from rectifier diode production

CAO Xu1，SHANG Kai1，2，YANG Chang-1i1，ZOU Quan-wei1，WANG Ming-xia1
（1.Guizhou Green Environmental Protection Equipment Engineering Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China；2.College of Resource and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Neutra1ization-coagu1ation sedimentation process was used to treat wastewater from a rectifier diode production company which contained acid，a1ka1i and heavy meta1 ions.First1y，adjusting pH va1ue of the wastewater by neutra1ization reaction so as to ana1ytica11y compare the effects of different acid-a1ka1i neatra1iztion reactions，and then，adding coagu1ant PAC and f1occu1ant PAM to remove heavy meta1 ions.The resu1ts showed that，coagu1ation experiment got a high remova1 rate on heavy meta1 ions，the mass concentrations of Cu，Pb and Cr ions decreased from 13.23，0.032，1.720 to 0.30，0.001 and 0.240 respective1y；besides，the tota1 iron，tota1 manganese and turbidity were a1so removed effective1y.

rectifier diode；process wastewater；heavy meta1 ions；neutra1ization-coagu1ation sedimentation process

X76.031

A

1009-2455（2016）02-0035-04

曹旭（1989-），男，湖北天門人，助理工程師，碩士，主要從事污染物治理工程設(shè)計(jì)和環(huán)保技術(shù)研發(fā)，（電子信箱）caoxv@ghome.com.cn。

2015-12-24（修回稿）