第三章 含铬废水工艺研究
从上述文中可以看出，针对悬浮物浓度较高的含铬废水，若仅采用加碱沉淀工艺则对废水中总铬的去除效果并不理想，本文认为产生这种现象的主要原因是含铬废水中有较多的有机物，而通过加入 NaoH 所产生的沉淀团较小，仅通过自然沉降的方式易出现沉淀不彻底的现象。故本章设计多组实验分别对含铬废水进行对比研究。
3.1 实验材料及检测方法
3.1.1 实验用水
本实验所用含铬废水取自治污中心铬液贮存池中的上清液，其中总铬浓度为 75mg/L,pH 值为 6.4,悬浮物浓度为 488mg/L,色度为 25 倍。
3.1.2 实验试剂
3.1.3 实验仪器
3.1.4 检测方法
3.2 实验方法及结果分析
3.2.1 加碱沉淀工艺
取 10L 水样于 12L 容器内，缓慢滴加 NaoH 溶液调 pH 值至 8.5,在滴加过程中使用增氧泵曝气搅拌，搅拌结束后静置沉淀，每 0.5h 取上清液进行检测分析。
从图 1 中可以看出，采用加碱沉淀工艺处理含铬废水效果并不理想，经过 24h 自然沉淀之后水中总铬含量仍有 22mg/L,本文认为产生这种现象的主要原因是铬鞣废水中含有较多的有机物，而通过加入 NaoH 溶液后所产生的 Cr（OH）3沉淀团较小，从而导致沉淀不彻底现象的存在。
3.2.2 加碱-聚合氯化铝联用工艺
取若干份 10L 水样于 12L 容器内，分别加入 5g、10g、15g、20g、25g 聚合氯化铝后缓慢滴加 NaoH 溶液调 pH 值至 8.5,在滴加过程中使用增氧泵曝气搅拌，搅拌结束后静置沉淀，每 0.5h 取上清液进行检测分析。
从图2中可以看出，采用加碱-聚合氯化铝联用工艺可以有效的改善水体的沉降性。
随着聚合氯化铝用量的增加沉降性越好，在聚合氯化铝投加量达到 1.5g/L 时，通过自然沉降 5h 后水中总铬含量可以达到 1.2mg/L,达到国标中不大于 1.5mg/L 的标准。这是因为聚合氯化铝溶于水后可以吸附 Cr（OH）3颗粒等杂质形成较大的沉淀团，沉淀团大而重，可以快速沉淀。
3.2.3 加碱-硫酸亚铁联用工艺
取若干份 10L 水样于 12L 容器内，分别加入 5g、10g、15g、20g、25g 硫酸亚铁后缓慢滴加 NaoH 溶液调 pH 值至 8.5,在滴加过程中使用增氧泵曝气搅拌至溶液由黑色变成黄色结束，搅拌结束后静置沉淀，每 0.5h 取上清液进行检测分析。
从图 3 中可以看出，采用加碱-硫酸亚铁联用工艺可以有效的改善水体的沉降性。
随着硫酸亚铁用量的增加沉降性越好，在硫酸亚铁投加量达到 2.0g/L 时，通过自然沉降 8h 后水中总铬含量可以达到 1.3mg/L,达到国标中不大于 1.5mg/L 的标准。这是因为硫酸亚铁溶于水后曝气搅拌形成 Fe（OH）3,Fe（OH）3是胶状物质，可以吸附 Cr（OH）3颗粒等杂质形成较大的沉淀团，沉淀团大而重，可以快速完成沉淀。
3.2.4 加碱沉淀后聚合氯化铝絮凝助沉工艺取若干份 10L 水样于 12L 容器内，缓慢滴加 NaoH 溶液调 pH 值至 8.5,在滴加过程中使用增氧泵曝气搅拌，搅拌结束后静置沉淀 8h.取上清液分别加入 2g、4g、6g、8g聚合氯化铝曝气搅拌，搅拌结束后静置沉淀，每 0.5h 取上清液进行检测分析。
从图 4 中可以看出，对经过加碱沉淀工艺处理后的含铬废水使用聚合氯化铝絮凝沉淀方法也可以有效去除水体中总铬含量，在聚合氯化铝投加量达到 0.6g/L 时，通过自然沉降 5h 后水中总铬含量可以达到国标中不大于 1.5mg/L 的标准。与加碱-聚合氯化铝联用工艺相比，采用此工艺所消耗的聚合氯化铝用量较少。
3.2.5 加碱沉淀后硫酸亚铁絮凝助沉工艺
取若干份 10L 水样于 12L 容器内，缓慢滴加 NaoH 溶液调 pH 值至 8.5,在滴加过程中使用增氧泵曝气搅拌，搅拌结束后静置沉淀 8h.取上清液分别加入 2g、6g、8g、10g硫酸亚铁曝气搅拌，搅拌至溶液由黑色变成黄色结束，搅拌结束后静置沉淀，每 0.5h取上清液进行检测分析。
从图 5 中可以看出，对经过加碱沉淀工艺处理后的含铬废水使用硫酸亚铁絮凝沉淀方法也可以有效去除水体中总铬含量，在硫酸亚铁投加量达到 0.8g/L 时，通过自然沉降 6h 后水中总铬含量可以达到国标中不大于 1.5mg/L 的标准。与加碱沉淀后聚合氯化铝絮凝助沉工艺相比，采用此工艺所消耗的絮凝剂用量稍有增大。
3.2.6 加碱沉淀后砂滤罐（上进水式）过滤工艺
含铬废水经加碱沉淀后上清液中总铬含量为 22mg/L,取上清液以 0.06m3/h 的流量通过砂滤罐模型过滤，砂滤罐模型简图见图6所示，其中滤层自下而上依次为大卵石层、小卵石层、粗砂层、细砂层组成，滤层高度为0.4m,滤器直径为0.2m,过滤面积为0.0314m2,细砂层石英砂滤料粒径为 1mm.
依据上述实验方案，每 1h 取样检测出水中总铬浓度并记录液位高度，实验数据见图 7 所示。
从图 7 中可以看出，加碱沉淀后上清液中总铬浓度为 22mg/L,上清液再经上进水式砂滤罐工艺处理后，出水中总铬含量有下降趋势，但前期下降趋势并不明显，对总铬的去除效果较差，直至24h后出水总铬浓度才可以满足国标中不大于1.5mg/L的排放要求。
罐内液位高度随进水时间的延长逐渐增高，开始进水之后6h内液位高度没有明显变化，6h~21h 之间高度增加较为缓慢，21h 之后增加速度明显加快。本文认为产生这种现象主要原因是因为上清液中 Cr（OH）3等杂质颗粒密度过小，前期可以穿过细砂层的拦截，此时细砂层仅能拦截下颗粒密度较大的杂质。经过一段时间的过滤之后，细砂层上方由于滤渣的堆积，可以形成密度很小的滤饼层，从而可以有效的去除 Cr（OH）3,但同时也增加了水穿过砂滤罐的阻力，因此罐内液位明显快速升高。
3.2.7 加碱沉淀后砂滤罐（下进水式）过滤工艺
鉴于上进水式砂滤罐前期不能有效去除水中总铬，故改用下进水式砂滤罐过滤工艺，砂滤罐模型简图见图 8 所示，其中滤层自下而上依次为大卵石层、小卵石层、粗砂层、细砂层组成，滤层高度为 0.4m,滤器直径为 0.2m,过滤面积为 0.0314m2,细砂层石英砂滤料粒径为 1mm.进水前 6h 内在水中加入定量的聚合氯化铝以增加颗粒体积，聚合氯化铝加入量为 0.5g/L,6h 后正常进水但停止加入聚合氯化铝，进水流量为 0.06m3/h.
依据上述实验方案，每 1h 取样检测出水中总铬浓度并记录液位高度，实验数据见图 9 所示。
从图 9 中可以看出，加碱沉淀后的上清液采用下进水式砂滤罐工艺处理后，出水水质中总铬浓度有了明显的降低，可以满足国标中不大于 1.5mg/L 的排放要求；同时，与上进水式砂滤罐工艺相比较，液位高度的增大速度明显放缓，处理能力有了大幅增加。
本文认为产生这种现象主要原因是因为在进水的前 6h 内，向进水中混入 0.5g/L 的聚合氯化铝可以吸附水中杂质，形成较大体积的颗粒团，从而被砂滤层拦截下来。随着聚合氯化铝投加量的增加，在细砂层之下聚合氯化铝形成的颗粒团不断堆积，在罐内形成吸附层。6h 之后的进水中虽然不再投加聚合氯化铝，但水样进入砂滤罐后，水中的 Cr（OH）3颗粒等杂质可以被罐内堆积的聚合氯化铝形成的吸附层吸附，从而起到有效去除总铬的效果。
随着进水时间的延长，砂滤层的密度不断增加，因而阻力不断增加，出水滤速不断减少，过滤能力开始减弱。此时，需要对砂滤罐进行反冲洗。本文设定反冲洗过程进水流量为 0.24m3/h,进水换用清水自下而上进行，同时在罐体底部加设增氧泵曝气，反冲洗时间为 20min.收集反冲洗水，检测上清液中总铬浓度随沉降时间的变化。
从图 10 中可以看出，随着沉降时间的延长，水中总铬浓度不断下降，2h 后水中总铬浓度可以达到国标中不大于 1.5mg/L 的排放要求。这是因为反冲洗前罐体内已经储存有大量的聚合氯化铝，通过反冲洗过程，聚合氯化铝伴随 Cr（OH）3等杂质被冲洗出来，聚合氯化铝浓度最大可以达到 2.5g/L,从而可以使沉淀团在水中快速沉降。因此，反冲洗水可以进行单独沉降后排入集水井或者排入铬液沉淀池中以提高铬液沉淀池中铬水的沉降能力。
3.3 药剂成本分析
在上述多组实验中可以看出，絮凝剂的投加在处理含铬废水时是必不可少的工序，但絮凝剂经过吸附沉淀后会混入铬泥之中，最后会被视做铬渣一同处理，而铬渣作为危险废弃物，需要由有相关资质的专业公司进行收集处理，并且处理费用较大。本节参照2500 元/吨的铬渣处理费用简要分析上述几组工艺由于絮凝剂的投加而引起含铬废水处理成本的增加值。
从表 4 中可以看出，若仅从絮凝剂消耗来看，处理每吨含铬废水所消耗的絮凝剂用量较少，所产生的成本增加值并不太大，但絮凝剂混入铬泥之中后被视为铬渣作为危险废弃物一同处理时所产生的费用则是巨大的。其中，加碱-硫酸亚铁联用工艺与加碱-聚合氯化铝联用工艺所产生的成本增加值最大，分别为 2.5 元/m3和 5.25 元/m3,因此这两种工艺在实际工程运行中最不可取。加碱沉淀后硫酸亚铁絮凝助沉工艺与加碱沉淀后聚合氯化铝絮凝助沉工艺所产生的成本增加值稍有降低，分别为 1.01 元/m3和 2.1 元/m3,因此这两种工艺适合水量较少，运行时间较短的皮革废水处理工程。加碱沉淀后砂滤罐（下进水式）过滤工艺所使用的絮凝剂用量最少，其所引起的运行成本增加值最低，仅有 0.22 元/m3,但需要增加砂滤罐的设备投资，一次性投资量大，因此这种工艺适合含铬废水水量大，需要长期运行的皮革废水处理企业。
3.4 本章小结
（1）从实验中可以看出，总铬浓度为 75mg/L 的含铬废水经过加碱沉淀法处理后水中总铬浓度为 22mg/L,远高于国标中不大于 1.5mg/L 的排放要求，这主要是因为含铬废水中含有较多的有机物，而通过加入 NaoH 所产生的 Cr（OH）3沉淀团小而轻，仅通过自然沉降不能完全沉淀。
（2）加碱-聚合氯化铝联用工艺与加碱-硫酸亚铁联用工艺都可以有效的改善水体的沉降性。随着絮凝剂用量的增加沉降性越好，在聚合氯化铝投加量达到 1.5g/L 或者硫酸亚铁投加量达到 2.0g/L 时，通过自然沉降后水中总铬含量可以达到国标中不大于1.5mg/L 的排放标准，但由此所产生的成本增加值却可以达到 2.5 元/m3和 5.25 元/m3之多，故经济效果不好，在实际工程运行中不可取。
（3）加碱沉淀后硫酸亚铁絮凝助沉工艺与加碱沉淀后聚合氯化铝絮凝助沉工艺相较于上述加碱-絮凝剂联用工艺所消耗的絮凝剂用量稍有减少。在聚合氯化铝投加量达到0.6g/L 或者硫酸亚铁投加量达到 0.8g/L 时，通过自然沉降后水中总铬含量可以达到国标中不大于 1.5mg/L 的排放标准，同时其所产生的成本增加值分别为 1.01 元/m3和 2.1元/m3,经济效果适中，适合含铬废水水量较少，运行时间较短的皮革废水处理企业。
（4）含铬废水加碱沉淀后上清液通过上进水方式经砂滤罐过滤处理后，水中总铬浓度有所下降，但前期下降趋势并不明显，直至 24h 后出水总铬浓度才可以满足国标中不大于 1.5mg/L 的排放要求，但同时滤速也大幅降低，罐内液位明显快速升高，故此工艺在实际工程运行中不可取。
（5）含铬废水加碱沉淀后上清液通过下进水方式经砂滤罐过滤处理后，出水水中总铬浓度有了明显的降低，可以满足国标中不大于 1.5mg/L 的排放要求。与上进水式砂滤罐工艺相比较，液位高度的增大速度明显放缓，处理能力有了大幅增加。同时，该工艺所使用的絮凝剂用量最少，所引起的运行成本增加量最低，仅有 0.22 元/m3,但该工艺需要增加砂滤罐的设备投资，一次性投资量较大，因此这种工艺适合含铬废水水量大，需要长期运行的皮革废水处理企业。
