电镀废水总氮超标的源头控制与处理技术

 

一 、电镀废水总氮超标的背景与现状

1.电镀废水的来源与特点

电镀废水主要来源于电镀工艺过程中所使用的各种化学药剂、清洗水、废液以及电镀件的冲洗水等。这些废水通常含有高浓度的重金属离子、酸碱物质以及有机物等多种污染成分。电镀废水具有以下特点：

（1）高污染性：电镀废水中的污染物种类繁多，含量通常较高，若不经处理直接排放，会对环境和生态造成严重威胁。

（2）成分复杂：电镀废水中的污染物包括重金属离子、有机物、酸碱物质等，这些污染物在废水中的存在形式也各不相同，有离子态、分子态、络合态等。

（3）水量大：电镀行业是用水大户，产生的废水量也较大，这给废水处理带来了较大的压力。

（4）水质波动大：电镀废水的成分和水质会受到生产条件、产品种类等因素的影响，具有较大的波动性和不确定性。

电镀废水中的总氮主要包括有机氮、氨氮和硝酸盐氮等。这些氮源主要来源于电镀过程中使用的化学药剂、添加剂以及清洗水等。由于电镀废水的高污染性和复杂性，总氮超标问题成为了电镀废水处理中的一个重要难题。

1.2 总氮超标的危害与影响

电镀废水中总氮超标对环境和生态的影响十分严重，主要表现在以下几个方面：

（1）水体富营养化：总氮是水体富营养化的主要指标之一。当电镀废水中的总氮含量超过水体自净能力时，会导致水体富营养化，引起藻类大量繁殖，破坏水生生态系统的平衡。

（2）水质恶化：总氮超标会导致水体中的溶解氧含量下降，影响水生生物的生存和繁殖。氨氮和硝酸盐氮等污染物还会对水体造成毒害作用，使水质恶化。

（3）土壤污染：电镀废水中的总氮会通过渗透、淋溶等方式进入土壤，导致土壤污染。被污染的土壤会对植物生长造成影响，并可能通过食物链对人体健康产生潜在威胁。

（4）影响人类健康：电镀废水中的总氮超标还会对人类健康造成危害。长期饮用含有高浓度硝酸盐的水会增加患上消化系统疾病的风险，如肝癌、胃癌等。水中的氨氮等污染物也会对人体皮肤造成刺激和伤害。

因此，电镀废水总氮超标问题亟待解决。为了降低电镀废水对环境和生态的影响，需要采取有效的处理措施和技术手段来降低废水中的总氮含量。还需要加强电镀废水的管理和监管，从源头上控制总氮的排放。

二、 电镀废水中总氮的来源分析

1. 有机氮的来源与形成机制

在电镀工艺过程中，有机氮的来源主要源于电镀生产工艺中电镀氨基磺酸镍中的氨基磺酸、电镀锌镍合金中的锌离子络合剂乙二胺、镀氰铜工艺中的氰化物以及取代氰化物的三乙醇胺等；其次来源于电镀前处理阶段所使用的清洗剂、除油剂等化学药剂。这些药剂中通常含有胺类、酰胺类等有机氮化合物，它们在与金属表面反应或被金属表面吸附时，部分有机氮化合物可能会残留在废水中。电镀过程中使用的有机添加剂，如光亮剂、整平剂等，也含有一定量的有机氮。

有机氮在废水中的形成机制主要包括两个方面。一是化学反应过程中有机氮的转化，例如，在酸性条件下，某些有机氮化合物可能会发生水解反应，生成氨氮或其他形式的无机氮；在碱性条件下，某些有机氮则可能发生皂化反应，生成更难处理的氮化合物。二是生物降解作用，废水中的微生物可能通过代谢活动将部分有机氮转化为氨氮或其他形式的氮化合物。

电镀废水中有机氮的存在不仅增加了废水的处理难度，还可能对水体生态环境造成潜在威胁。因此，对电镀废水中有机氮的来源进行深入分析，有助于我们更好地理解废水处理的复杂性和挑战性。

2.氨氮的来源与产生过程

电镀废水中氨氮的来源主要有三个方面：一是电镀工艺生产中化学镀镍中作为pH缓冲剂的氨水、碱式镀锌工艺中使用的氯化铵等；二是电镀前处理过程中使用的碱性清洗剂，这些清洗剂中常含有氨水或氨基化合物，它们在清洗过程中与金属表面反应，部分氨氮因此进入废水。三是电镀过程中使用的某些添加剂，如某些光亮剂或缓蚀剂，在特定条件下也可能释放出氨氮。

在电镀过程中，氨氮的产生过程通常与金属离子的络合和还原反应有关。例如，在铜电镀过程中，铜离子与添加剂中的某些氮原子发生络合作用，形成络合物。当络合物在电镀液中积累到一定程度时，可能会发生还原反应，释放出氨氮。废水中的微生物也可能通过代谢活动将部分有机氮转化为氨氮。

氨氮是电镀废水中的重要污染物之一，它对人体健康和生态环境都有一定的影响。因此，对电镀废水中氨氮的来源进行深入分析，对于制定有效的废水处理措施具有重要意义。

3.硝酸盐氮的来源与产生途径

电镀废水中硝酸盐氮的来源主要有两个方面。一是电镀过程中使用的硝酸或硝酸盐类药剂，主要为在电镀工艺中，镀锌或锌镍合金的出光工序、化学镀镍工艺的硝槽、钝化、阳极氧化工艺中的化学抛光及部分特殊镀种的前处理（如钕铁硼电镀等）等使用硝酸而产生。这些药剂在电镀过程中可能与金属离子发生反应，部分硝酸盐因此进入废水。二是废水中的有机氮在生物降解过程中，经过氨化、硝化等反应，最终转化为硝酸盐氮。

硝酸盐氮的产生途径主要包括硝化作用和反硝化作用。硝化作用是指氨氮在微生物的作用下被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程，这个过程需要充足的氧气和适宜的pH值。反硝化作用则是指硝酸盐在缺氧或厌氧条件下被还原为氮气或氮氧化物的过程，这个过程需要适当的碳源和厌氧环境。

硝酸盐氮在电镀废水中的积累可能会对人体健康和生态环境造成潜在威胁。因此，对电镀废水中硝酸盐氮的来源进行深入分析，并研究其产生途径，有助于我们制定更加科学、合理的废水处理方案。

三 、有机氮的处理技术研究

1. 氧化法处理有机氮的原理与效果

在电镀废水处理中，有机氮的去除是一个重要的环节。有机氮通常指含氮的有机化合物，如氨基酸、蛋白质等，它们在废水中的存在会导致总氮超标。氧化法作为一种有效的有机氮去除技术，受到了广泛关注。

氧化法处理有机氮的原理主要是通过强氧化剂的作用，将有机氮转化为无机氮。常见的氧化剂包括臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。在氧化过程中，这些氧化剂能够与有机氮发生反应，使其分解成氨氮或硝酸盐氮等更易于处理的形态。

氧化法处理有机氮的效果显著，能够有效降低废水中的有机氮含量。特别是臭氧氧化法，由于臭氧的强氧化性和选择性，能够在不破坏其他有机物的情况下，有效去除有机氮。臭氧氧化法还具有反应速度快、操作简便等优点，因此在电镀废水处理中得到了广泛应用。

然而，氧化法处理有机氮也存在一些局限性。氧化剂的投加量需要严格控制，过量投加会增加处理成本；氧化法在处理过程中可能会产生一些副产物，如硝酸根离子等，需要进一步处理才能达标排放。

2.生化法处理有机氮的技术与工艺

生化法处理有机氮是利用微生物的代谢作用将有机氮转化为无机氮的方法。这种方法具有能耗低、操作简便、无二次污染等优点，在电镀废水处理中具有广泛的应用前景。

生化法处理有机氮的技术主要包括硝化和反硝化两个过程。硝化过程是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程，主要由亚硝酸菌和硝酸菌完成。在硝化过程中，微生物通过有氧呼吸将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，进而氧化为硝酸盐氮。反硝化过程则是将硝酸盐氮还原为氮气的过程，主要由反硝化细菌完成。在反硝化过程中，微生物利用有机物作为电子供体，将硝酸盐氮还原为氮气。

生化法处理有机氮的工艺通常包括预处理、生化处理和后处理三个步骤。预处理阶段主要是对废水进行调节和中和，降低废水中的有害物质浓度，提高生化处理的效率。生化处理阶段是核心步骤，通过合理设计和控制反应器条件，使微生物在最佳状态下进行代谢作用，去除废水中的有机氮。后处理阶段则是对生化处理后的废水进行深度处理，进一步降低废水中的总氮含量，确保达标排放。

在实际应用中，生化法处理有机氮的效果受到多种因素的影响，如微生物种类、反应器类型、操作条件等。因此，在实际操作中需要根据具体情况进行优化和调整，以提高处理效率和降低成本。

四 、氨氮的处理技术研究

1. 吹脱曝气法处理氨氮的原理与操作

吹脱曝气法作为一种物理化学处理方法，对于电镀废水中的氨氮去除具有良好的效果。该方法主要通过调节废水的pH值和温度，使氨氮从水中以游离氨的形态逸出，进而被气体带走，达到降低废水中氨氮浓度的目的。

在操作过程中，首先将电镀废水进行预处理，调节其pH值至碱性范围，此时废水中的氨氮主要以游离氨的形式存在。接着，将调节后的废水送入吹脱塔中，通过引入大量空气或蒸汽，使废水与气体充分接触，形成气液混合相。在吹脱塔中，游离氨分子由于分压差的存在，逐渐从液相转移到气相中，被气体带离废水。

吹脱曝气法的操作关键点在于控制废水的pH值、温度以及吹脱时间。适当的pH值可以确保氨氮以游离氨的形式存在，便于其从水中逸出；适宜的温度可以提高吹脱效率，加速氨氮的去除过程；而吹脱时间则需要根据废水中氨氮的初始浓度和处理要求来确定，以确保达到预期的去除效果。

吹脱曝气法处理氨氮的优点在于操作简单、能耗较低且处理效果较好。然而，该方法对于低浓度氨氮的去除效果有限，且产生的废气需要进行二次处理以避免对环境造成二次污染。

2. 折点加氯氧化法去除氨氮的技术要点

折点加氯氧化法是一种化学处理方法，通过向废水中投加一定量的氯气或次氯酸钠等氧化剂，使氨氮在氧化剂的作用下转化为氮气而逸出。

在折点加氯氧化法中，关键在于控制氧化剂的投加量和反应时间。过量的氧化剂不仅会增加处理成本，还可能对废水中的其他物质产生不利影响。因此，需要根据废水中氨氮的初始浓度和处理要求，计算出合适的氧化剂投加量。

反应时间也是影响折点加氯氧化法去除氨氮效果的重要因素。在反应初期，氨氮与氧化剂迅速反应，生成氮气并逸出；随着反应的进行，废水中剩余的氨氮浓度逐渐降低，此时需要继续投加氧化剂以维持反应的进行。反应时间的长短直接影响到氨氮的去除效果和氧化剂的消耗量。

折点加氯氧化法去除氨氮具有处理效率高、操作简单等优点。但是，该方法在处理过程中可能会产生有毒的氯代有机物等副产物，因此需要对处理后的废水进行二次处理以确保其安全性。

3. 化学氧化法在氨氮去除中的应用

化学氧化法是一种广泛应用于电镀废水氨氮处理的方法。通过向废水中投加氧化剂，如高锰酸钾、臭氧等，使氨氮在氧化剂的作用下转化为氮气或其他无害物质而去除。

在化学氧化法中，不同的氧化剂具有不同的作用机制和去除效果。例如，高锰酸钾可以通过其强氧化性将氨氮氧化为氮气和水；臭氧则可以通过其强氧化性和高选择性，将氨氮转化为亚硝酸盐或硝酸盐等无害物质。

化学氧化法处理氨氮的优点在于处理效果好、操作简单且对废水中的其他污染物也有一定的去除作用。然而，该方法在处理过程中需要投加大量的氧化剂，导致处理成本较高；氧化剂的选择和投加量也需要根据废水的实际情况进行调整和优化。

在实际应用中，可以结合电镀废水的特点和处理要求，选择合适的化学氧化剂和处理工艺，以达到最佳的氨氮去除效果。

五、 硝酸盐氮的处理技术研究

1. 微生物反硝化技术的原理与条件

微生物反硝化技术，作为电镀废水处理中的重要环节，主要利用了特定微生物在缺氧条件下将硝酸盐氮（NO??-N）还原为氮气（N?）的生物化学过程。这一过程通常包括几个关键的步骤：硝酸盐的还原、亚硝酸盐的还原、一氧化氮的还原以及氮气的生成。

原理：在微生物反硝化过程中，关键酶如硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和氧化亚氮还原酶起着至关重要的作用。这些酶催化了硝酸盐氮逐步被还原为氮气的过程。硝酸盐首先被硝酸盐还原酶还原为亚硝酸盐，接着亚硝酸盐被亚硝酸盐还原酶还原为一氧化氮，一氧化氮进一步被一氧化氮还原酶还原为二氧化氮，最终二氧化氮在氧化亚氮还原酶的作用下生成氮气。

条件：微生物反硝化技术的高效运行依赖于一系列条件。适宜的pH值是保证反硝化微生物活性的重要因素，碳源作为电子供体，对于反硝化过程至关重要，它直接影响反硝化速率。常见的碳源包括有机碳源（如甲醇、乙酸等）和无机碳源（如二氧化碳）。充足的微生物量和良好的混合条件也是实现高效反硝化的必要条件。

2. 缺氧环境下硝酸盐氮的还原过程

在缺氧环境下，硝酸盐氮的还原过程主要由反硝化细菌驱动。这些细菌在缺氧条件下利用硝酸盐作为最终电子受体，通过一系列的还原反应将硝酸盐氮转化为氮气。在这个过程中，亚硝酸盐、一氧化氮和二氧化氮等中间产物会逐渐减少，最终氮气成为主要产物。

缺氧环境对于硝酸盐氮的还原过程至关重要。缺氧环境能够抑制其他需氧微生物的活性，减少与反硝化细菌的竞争。缺氧环境能够促使反硝化细菌产生和积累特定的还原酶，如硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶，这些酶对于硝酸盐氮的还原过程至关重要。

3. 微生物反硝化技术的优化与改进

针对微生物反硝化技术在实际应用中存在的问题，研究者们提出了多种优化与改进方法。通过筛选和培育高效反硝化细菌菌株，可以显著提高反硝化效率和速率。这些高效菌株通常具有更高的酶活性和更强的环境适应性。

优化碳源投加方式和投加量也是提高反硝化效率的有效手段。通过调整碳源种类、浓度和投加时间等参数，可以确保反硝化过程中碳源的充足供应，同时避免过量投加导致的浪费和环境污染。

改善反应器结构和操作条件也能够提升反硝化效率。例如，采用连续流反应器代替批次反应器可以提高反应器的处理能力和稳定性；通过增加搅拌操作条件可以改善混合效果，从而提高反硝化效率。

结合其他处理技术如膜分离技术、电化学技术等也可以实现对硝酸盐氮的高效去除。这些技术可以与微生物反硝化技术相结合，形成多技术联合处理系统，实现电镀废水中硝酸盐氮的高效去除和资源化利用。

六、 源头控制策略探讨

1 .改进电镀工艺以减少总氮排放

电镀工艺是电镀废水总氮超标的直接原因之一。为了从源头上控制总氮的排放，对电镀工艺进行改进是关键步骤。我们可以采用低氮或无氮的电镀添加剂。这些添加剂能在电镀过程中降低或避免氨氮和有机氮的生成，从而显著减少废水中的总氮含量。

优化电镀工艺参数也能有效减少总氮排放。例如，控制电镀液的pH值在合适的范围内，可以抑制氨氮的生成；调整电流密度和电镀时间，能够减少有机物的消耗和有机氮的生成。

推动清洁生产技术的应用也是减少总氮排放的重要途径。例如，采用闭路循环电镀技术，能够减少电镀液的更换频率，降低废水排放量；使用无铬或无氰电镀技术，可以减少有毒有害物质的产生，从而降低废水处理的难度和成本。

2.加强废水预处理以减少总氮负荷

废水预处理是减少总氮负荷的有效手段。通过合理的预处理措施，可以去除废水中的部分氮源物质，降低后续处理的难度和成本。

一种常用的废水预处理方法是物理法。例如，采用沉淀池等设备去除废水中的悬浮物和沉淀物，减少氨氮和有机氮的负荷。通过调节废水的pH值和温度等参数，可以改变氮源物质的形态和性质，为后续处理提供有利条件。

除了物理法外，化学法也是废水预处理的重要手段。例如，采用化学沉淀法去除废水中的氨氮和磷酸盐等营养物质；采用高级氧化技术氧化分解废水中的有机氮和氨氮等难降解物质。这些化学预处理措施能够显著降低废水中的总氮负荷，为后续的生物处理或深度处理提供有利条件。

3.引入新技术与设备提高处理效率

随着科技的不断发展，越来越多的新技术和设备被应用于废水处理领域。为了进一步提高电镀废水总氮的处理效率，我们可以积极引入这些新技术和设备。

例如，膜分离技术是一种高效、节能的废水处理技术。通过采用超滤、纳滤、反渗透等膜技术，可以有效去除废水中的溶解性氮源物质和悬浮物等污染物。这些膜技术具有分离效率高、操作简单、运行成本低等优点，在电镀废水处理领域具有广阔的应用前景。

生物处理技术也是一种重要的废水处理技术。通过引入高效、稳定的微生物菌种和采用合理的生物处理工艺，可以实现对废水中氮源物质的高效转化和去除。例如，采用生物脱氮技术将废水中的氨氮转化为氮气排放到空气中；采用生物滤池技术去除废水中的有机氮和硝酸盐氮等污染物。这些生物处理技术具有运行成本低、环境友好等优点，在电镀废水处理领域得到了广泛应用。

通过改进电镀工艺、加强废水预处理和引入新技术与设备等多种措施的综合应用，我们可以从源头上控制电镀废水总氮的排放和负荷，实现废水的高效处理和资源化利用。

七 、对电镀废水总氮处理技术的总结

在电镀行业的持续发展过程中，废水处理始终是一个不容忽视的重要议题。尤其是总氮超标问题，对环境和生态系统构成了严重的威胁。针对这一问题，电镀废水总氮处理技术的研究与应用显得尤为重要。

回顾过去的研究与实践，我们可以看到，电镀废水中总氮的来源是多样化的，包括有机氮、氨氮和硝酸盐氮等。每种类型的氮都有其特定的形成机制和特点，因此在处理过程中需要采取针对性的措施。

在有机氮的处理方面，氧化法和生化法是两个主要的技术方向。氧化法通过氧化剂将有机氮转化为易于处理的形态，而生化法则利用微生物的代谢作用将有机氮转化为氮气释放到空气中。这两种方法各有优缺点，需要根据实际情况进行选择和优化。

对于氨氮的处理，吹脱曝气法、折点加氯氧化法和化学氧化法等方法得到了广泛的应用。吹脱曝气法通过物理方法将氨氮从废水中分离出来，而折点加氯氧化法则通过化学反应将氨氮转化为氮气。化学氧化法则利用氧化剂的强氧化性将氨氮转化为低毒的氮气或氮氧化物。

在硝酸盐氮的处理方面，微生物反硝化技术是一种常用的方法。该技术通过利用微生物在缺氧或厌氧条件下将硝酸盐氮还原为氮气的能力，达到去除硝酸盐氮的目的。微生物反硝化技术的关键在于选择合适的微生物和控制合适的操作条件。

综合来看，电镀废水总氮处理技术的发展已经取得了一定的成果，各种处理技术各有优势，但同时也存在一些挑战和问题。例如，处理成本较高、处理效率不稳定、对操作条件要求严格等。因此，未来的研究需要进一步探索和优化现有的处理技术，以提高处理效率、降低成本并减少对环境和操作条件的依赖。