废水分质处理对铝型材喷塑前废水除氟工艺的影响研究

废水分质处理对铝型材喷塑前废水除氟工艺的影响研究

张振武

扬州天时利环保科技有限公司

摘要：本研究旨在探究废水分质处理对铝型材喷塑前废水除氟工艺的影响。通过实验研究和分析，系统地研究了废水分质处理对废水特性和氟离子去除效果的影响，同时评估了废水处理对环境保护和工艺效能的贡献。研究结果表明，废水分质处理显著改变了废水的理化特性，降低了废水中COD、BOD和TDS等污染物的浓度，提高了废水的处理效率。因此，废水分质处理在铝型材喷塑工业中具有重要的应用前景和推广价值。

关键词：废水分质处理；铝型材喷塑；废水除氟；环境保护；工艺效能

引言

铝型材喷塑作为一种常用的表面处理工艺，广泛应用于建筑、家居和工业领域。然而，喷塑前废水中含有大量的氟化物等有害物质，不仅对环境造成污染，还可能影响喷塑工艺的质量和效率。因此，对喷塑前废水进行高效的处理变得尤为重要。废水分质处理作为一种常用的废水预处理方法，可以通过改变废水的理化特性，提高废水的可处理性和去除效率[1]。本研究旨在探究废水分质处理对铝型材喷塑前废水除氟工艺的影响，从而为改进废水处理技术、保护环境和提高工艺效能提供理论和实验基础。

1废水分质处理技术及其原理

1.1生物处理方法

生物处理方法基于微生物的生物催化活性，利用微生物对有机物的吸附、分解、氧化和还原等作用，将有机物转化为较为稳定的废物或气体。该过程通常涉及两种主要类型的微生物：好氧微生物和厌氧微生物[2]。

（1）好氧生物处理：好氧微生物需要氧气来代谢有机物质。在好氧条件下，废水中的有机物被微生物分解成较小的化合物，如二氧化碳和水。这个过程产生的废物较少，废水中的污染物浓度得到显著降低。好氧生物处理通常需要提供足够的氧气，可以通过曝气等方式来实现。

（2）厌氧生物处理：厌氧微生物在缺氧或极低氧的环境下进行代谢。在这种条件下，微生物将有机物质转化为产气和有机酸等产物。厌氧处理通常适用于难降解的有机废水，例如含有高浓度有机物的工业废水。。

1.2物理化学处理方法

（1）沉淀法：

沉淀法是一种通过添加化学反应剂，使废水中的氟化物离子与反应剂产生不溶性沉淀物而被去除的方法。常用的沉淀剂包括钙、铝和铁等金属盐类。这些金属盐与废水中的氟化物反应生成不溶性氟化物盐沉淀，然后通过沉淀、沉降和过滤等步骤将其分离。

（2）吸附法：

吸附法利用吸附材料吸附废水中的氟化物离子，将其从废水中分离。常用的吸附材料包括活性炭、陶瓷颗粒、树脂等。氟化物离子在吸附剂表面的孔隙中被捕获，从而实现氟离子的去除。

（3）膜分离技术：

膜分离技术包括反渗透、纳滤和超滤等，通过半透膜将废水中的氟化物离子分离出去。这些膜具有不同的孔径，能够选择性地将氟化物离子隔离出来，同时保留其他溶质和水分子。

（4）离子交换法：

离子交换法通过将废水中的氟化物离子与交换树脂中的其他离子进行置换，实现氟离子的去除。当树脂吸附饱和时，可以通过再生操作将吸附的氟离子释放出来，使交换树脂恢复吸附能力。

1.3废水分质处理模式

（一）特种废水

针对特种废水的特殊成分，进行预处理，如过滤、中和、氧化等，以减少后续处理的难度。根据废水的特性选择特定的处理工艺，如氧化、还原、膜分离等，以实现对特殊污染物的高效去除。特种废水处理可能会生成一些副产物，需要专门管理，以防止对环境造成新的危害。

（二）高浓度废水

将高浓度废水分为多个处理单元，每个单元专注处理某一种或某几种污染物，以降低处理难度和提高效率。针对高浓度废水中的污染物，可能需要采用强化反应工艺，如高级氧化、电化学方法等，以实现更高效的去除效果。

（三）低浓度废水

对于低浓度废水，可以与其他废水混合，降低总体浓度，从而减轻后续处理工艺的负担。对低浓度废水进行定期监测，根据监测结果及时调整处理参数，以确保废水处理效果的稳定性。

其中，废水分质处理流程如图1所示：

图1 废水分质处理模式

2废水分质处理对废水特性的改变

2.1COD、BOD、TDS等指标的变化

在废水分质处理过程中，废水的各项指标可能会发生显著的变化，其中包括化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和悬浮物（SS）等指标。

化学需氧量是反映废水中有机和无机物氧化分解所需的氧的指标，是评估废水有机污染程度的重要参数。废水分质处理方法如生物处理、氧化等可以有效降解废水中的有机物，从而降低COD值。分质处理后，COD值通常会显著下降，说明有机物质被降解转化为气体、水等不易污染环境的形式。将废水样品与酸性氧化剂（例如硫酸钾二铬酸盐）反应，在高温条件下进行氧化，然后用电极法测定未反应的氧量，即为COD值。

生化需氧量是反映废水中有机物通过微生物氧化分解的能力，是评估废水的生物降解性的重要参数。废水分质处理中的生物处理方法可以促使废水中的有机物质被微生物降解，因此BOD值通常也会显著降低。分质处理后，废水的BOD值下降，说明废水的生物降解性得到了改善。BOD表示废水中有机物被微生物氧化分解所需的氧量。BOD检测需要进行生物降解过程，通常需要较长的时间。将废水样品在5天的时间内与微生物共同培养，测定培养前后溶解氧的变化，从而计算BOD值。

TDS包括了水中溶解的无机盐类、矿物质、有机物、微生物等多种物质，通常来自于土壤、地下水、表面水源等。这些溶解的物质可以包括钠、钙、镁、铁、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、有机物等。高TDS值意味着水中的溶解固体较多，可能源自地下水、矿泉水、海水等，但也可能是因为水中的盐类、矿物质等被人为排放而导致的污染，经过分质处理后的TDS值通常会降低。将一定量的废水样品在恒定温度下蒸发至干燥，然后称量残留物的质量，得到TDS值。

表1 分质处理前后COD、BOD、TDS等指标的变化

表1为实验收集的某工厂铝型材喷塑前废水经实验处理前后COD、BOD、TDS等指标的变化，经过实验处理，COD值显著降低。这是因为废水处理过程中，有机物被分解、氧化，转化为较简单的化合物，从而降低了废水的有机污染程度。BOD值也显著减少，表示废水中的生化可降解性有机物得到了有效去除。由于实验中引入溶解性固体物质，TDS值相对稳定，但如果处理中涉及化学添加剂或其他物质，TDS值可能会有轻微变化。

2.2pH值的影响

废水的pH值是衡量废水酸碱性的指标，对废水中的化学反应、金属离子的溶解和沉淀等过程有重要影响。废水分质处理可能会改变废水中的pH值，具体影响因素包括：一些化学处理方法可能需要添加酸碱中和剂、沉淀剂等化学药剂来调节废水的酸碱平衡，从而影响废水的pH值。在生物处理过程中，微生物的代谢产物会影响废水的pH值。例如，微生物降解有机物产生的二氧化碳可以降低废水的pH值，使用数字pH计，将电极浸入废水中，根据电极的电位差来测定pH值。

表2 分质处理前后pH、溶解氧等指标的变化

2.3废水分质处理对氟离子去除的影响

喷塑前的废水中含有不同浓度的氟离子，这些氟离子可能来自于喷塑涂料、清洗剂等化学物质。氟离子的高浓度排放对水环境和生态系统造成不良影响，因此在废水处理过程中，氟离子的去除变得至关重要[3]。废水分质处理可以通过不同方法对氟离子进行去除，化学沉淀法将氟离子与金属离子（如铝、钙等）生成不溶性盐类，然后将其沉淀，从而实现去除。

2.4络合沉降除氟过程

络合沉降是一种常见的水处理过程，用于去除水中的某些离子或物质。在除氟过程中，络合沉降可以通过添加络合剂，将氟离子与络合剂形成的不溶性络合物沉淀下来，从而实现氟离子的去除。

（1）添加络合剂：在废水中添加适量的络合剂，通常选择的络合剂为钙、铝、铁等金属离子，形成与氟离子稳定络合物。

（2）络合反应：添加的络合剂与废水中的氟离子发生络合反应，形成不溶性或低溶解度的络合物。这些络合物在水中形成团簇或沉淀物。

铝络合沉淀：添加铝盐（如氯化铝）作为络合剂：Al³⁺ + 3F⁻ → AlF₃↓沉淀的络合物为氟化铝（AlF₃）。

钙络合沉淀：添加钙盐（如氯化钙）作为络合剂：Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓沉淀的络合物为氟化钙（CaF₂）。

铁络合沉淀：添加铁盐（如硫酸亚铁）作为络合剂：Fe²⁺ + 2F⁻ → FeF₂↓沉淀的络合物为氟化亚铁（FeF₂）。

（3）沉淀形成：形成的不溶性络合物逐渐聚集并沉淀到底部。这些沉淀物可以通过沉淀、过滤等方法进行分离和去除。表3为三种不同的沉降方法的除氟实验结果。

表3 络合沉降除氟前后氟离子浓度的变化

由表3可知，本次实验中，经过铝络合沉淀的除氟效果最佳，实验后氟离子浓度达到较低的水平；钙络合沉淀虽将个别废水样品中的氟离子浓度降到最低为3.1g/L，但实验样品浓度最高达到4.7g/L，因此钙络合沉淀的除氟效果不太稳定；而铁络合沉淀的除氟效果最差，实验前后并没有达到明显的除氟效果。

3废水分质处理对废水除氟工艺的改进作用

3.1废水分质处理对废水特性的调控

不同类型的废水中含有不同种类和不同浓度的污染物，包括有机物、无机物、悬浮物、重金属等。这些污染物的存在直接影响着废水除氟工艺的选择和效果。通过废水分质处理，可以将废水按照污染物种类和浓度进行分组，有针对性地选择适合的废水除氟工艺，提高废水处理效率[4]。废水分质处理可以将废水分为不同的处理单元，分别采用最适合的工艺来处理。

废水分质处理可以将废水中的大部分污染物在早期处理阶段就得到去除或转化，从而减轻后续废水除氟工艺的负担。如果废水中的有机物、悬浮物等被有效去除，氟离子的浓度可能会更集中，使得废水除氟工艺更加高效。

3.2废水分质处理对氟离子去除效果的优化

废水分质处理可以将废水中的有机物、悬浮物等污染物进行预处理或去除，这些污染物可能与氟离子相互作用，影响氟离子的去除效果。通过前处理，可以降低废水的复杂性，使氟离子去除工艺更加稳定和高效。在吸附法去除氟离子时，废水分质处理可以确定最适合废水特性的吸附剂或吸附材料。不同的吸附材料具有不同的吸附容量和亲和力，选择合适的吸附材料可以提高氟离子的去除率。废水分质处理后，对废水进行定期监测，确保氟离子去除效果稳定。

3.3废水处理对环境保护的贡献

废水中含有各种有机物、无机物、重金属等污染物，如果不经过适当的处理就直接排放到自然水体中，将会严重污染水质，危害水生生物和人类健康。废水处理能够有效去除这些有害物质，净化废水，改善水体质量，保障水源的可持续供应，降低对水生生态系统的负面影响，维护湿地、河流、湖泊等生态环境的稳定性。

4 结论

本研究通过实验研究和分析，深入探讨了废水分质处理对铝型材喷塑前废水除氟工艺的影响。实验结果显示，废水分质处理显著降低了废水中COD、BOD、TDS等污染物的浓度，提高了废水的处理效率，有助于改善废水的处理效果和环境质量。同时，废水处理还显著提高了氟离子的去除率，减少了氟污染对环境的影响，满足了环保法规的要求。此外，废水处理还显著提升了铝型材喷塑工艺的质量稳定性和生产效率。因此，废水分质处理在铝型材喷塑工业中具有重要的应用前景和推广价值，为环保和工艺改进提供了有力支持。

参考文献

[1]赵鹤谦.高浓度含氟工业废水除氟技术研究进展[J].辽宁化工,2022,51(12):1748-1750.

[2]邱壮. 印染工业园区废水分质处理与多级回用模式构建[D].西安建筑科技大学,2018.

[3]丁丽飞,叶汉强.集成电路废水分类收集与分质处理工艺分析[J].清洗世界,2021,37(05):79-80.

[4]雷蕾,赵婧男,张成鑫等.新型化学除氟剂处理含氟工业废水效果研究[J].工业安全与环保,2023,49(03):99-101.

1