電絮凝法處理重金屬冶煉廢水技術(shù)

重金屬廢水主要來自有色金屬冶煉、電鍍、皮革加工和部分化工企業(yè)等。重金屬污染物通常具有急性或慢性毒性，無法通過自凈作用消失，但可通過生物食物鏈富集，引起人和動物腎臟、生殖系統(tǒng)、肝臟、腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等功能的紊亂。重金屬廢水若不加以有效處理而排放，將對人的健康和生態(tài)安全帶來極大危害。水體重金屬污染已成為全球最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。

處理廢水中重金屬的方法很多，有絮凝法、化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、生物法、膜法、微電解法等。

電絮凝法為近年來頗有競爭力的一種污水處理工藝，此工藝操作簡單，效率高，不添加絮凝劑，是一種環(huán)境友好型水處理工藝，已被用于處理生活污水、電鍍廢水、重金屬廢水、造紙廢水、含油污水。本實驗采用電絮凝法對金屬冶煉廢水進行處理，優(yōu)化了初始ｐＨ、極板間距、電流密度、反應(yīng)時間等參數(shù)條件，取得了良好的處理效果。

１、實驗部分

１.１ 實驗用水與儀器

實驗用水來自于某冶煉廢水，廢水水質(zhì)見表１。

檢測儀器：美國ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ６３００ＩＣＰ分析儀，哈希ＨＱ４０ｄ分析儀。

１.２ 實驗方法

電絮凝實驗裝置為自制設(shè)備，電絮凝反應(yīng)槽尺寸為４００ｍｍＸ２００ｍｍＸ２００ｍｍ，電極板采用招極板，尺寸為１５０ｍｍｘ１００ｍｍｘ３ｍｍ，１０塊平板電極排列在反應(yīng)槽內(nèi)，間距為２０ｍｍ。污水通過磁力泵進行循環(huán)，污水進入后開始循環(huán)，通電后調(diào)整到所需電流開始計時，隔一段時間后取樣１00ｍＬ，靜置１０ｍｉｎ后取清液測試Ｎｉ和Ｃｏ含量。

２、結(jié)果與討論

２.１ 初始ｐＨ值對電絮凝效果的影響

在極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽電壓２.８Ｖ、反應(yīng)時間４ｍｉｎ條件下，用０.１ｍｏｌ／Ｌ鹽酸和０.１ｍｏｌ／Ｌ氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水的ｐＨ值，考察廢水初始ｐＨ值對重金屬離子去除率的影響，結(jié)果如圖１，處理后水質(zhì)見表２。

由圖１可知，當(dāng)初始ｐＨ＝５時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率都很低，分別為７２％、６２.５％。隨著ｐＨ值的升高，去除率也隨之升高，當(dāng)初始ｐＨ＞７時，隨著ｐＨ值的升高，去除率趨于穩(wěn)定，Ｎｉ的去除率達到９９％，Ｃｏ的去除率達到９８％以上。酸性條件下不適于生成Ａl（０Ｈ）３以及鋁多核羥基化合物，不能有效吸附和絮凝重金屬離子，隨著ｐＨ值的升高，生成的Ａ１（０Ｈ）３以及鋁多核羥基化合物較多，絮凝效果越好。所以電絮凝處理重金屬廢水最好在堿性條件下。由表２可知，當(dāng)ＰＨ＝７.０時，Ｎｉ的去除率達到９９.５７％，但是處理后Ｎｉ濃度為２.９ｍｇ／Ｌ，不滿足國標(biāo)ＧＢ２５４６７―２０１０《銅、鈷、鎳工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)》中Ｎｉ矣０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ＜１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。當(dāng)初始ｐＨ＝８時，處理后Ｎｉ濃度為０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，完全滿足國標(biāo)排放要求，所以電絮凝最佳初始ｐＨ值為８.０。

２.２ 極板間距對電絮凝效果的影響

在初始ｐＨ＝８.０、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反應(yīng)時間４ｍｉｎ條件下，考察電絮凝極板間距對重金屬離子去除率的影響，結(jié)果如圖２所示。

由圖２可知，極板間距在１０-４０ｍｍ范圍內(nèi)，隨著極板間距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后減小。極板間距２０ｍｍ時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達到９９.９１％、９８.６４％。這是因為相同電流密度條件下，極板間距越小，電極溶蝕和電極工作表面利用越充分，效果也越好。但極板間距小，極板間的電場分布不勻性增強，易引起短路反應(yīng)，同時在同一電流密度下，間距越大，槽電壓將升高，電能消耗也變大，所以最佳極板間距為２０ｍｍ。

２.３ 電流密度對電絮凝效果的影響

在初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、反應(yīng)時間４ｍｉｎ條件下，考察電流密度對重金屬離子去除率的影響，結(jié)果如圖３所示。

由圖３可知，隨著電流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率增大。電流密度為５ｍａＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率均小于６５％，１５ｍＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高，此后再增大電流密度，去除率上升高不明顯，基本趨于穩(wěn)定。這是由于電流密度越大，陽極板間產(chǎn)生的Ａｌ３＋越多，陰極板產(chǎn)生更多的氫氣泡，絮凝、氣浮效果越好，處理效率越高。但當(dāng)電流密度達到一定強度時，電解產(chǎn)生的Ａｌ３＋越多，生成Ａｌ（ＯＨ）３Ｗ＆招多核羥基化合物也較多，絮凝效果越好，去除率越高。但當(dāng)電流濃度再升高時容易形成膠體排斥，反而會降低絮凝能力，所以電絮凝最佳電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２。

２.４ 反應(yīng)時間對電絮凝效果的影響

在初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽電壓２.８V條件下，考察反應(yīng)時間對重金屬離子去除率的影響，結(jié)果如圖４所示。

由圖４可知，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率隨著電絮凝時間的延長而增加，１-２ｍｉｎ內(nèi)Ｎｉ和Ｃｏ的去除率顯著增長，反應(yīng)時間在４-１０ｍｉｎ內(nèi)Ｎｉ的去除率增加趨于穩(wěn)定，４ｍｉｎ時Ｎｉ的去除率已達到９９.９１％。４-１０ｍｉｎ內(nèi)Ｃｏ的去除率緩慢提高，８ｍｉｎ時達到９９.９５％，之后趨于穩(wěn)定。但４ｍｉｎ時Ｃｏ的濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，符合Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。由于反應(yīng)時間越長電能消耗越高，所以在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，４ｍｉｎ為較佳的反應(yīng)時間。

電絮凝反應(yīng)產(chǎn)生污泥較少，沉淀物顯藍綠色，對電絮凝處理４ｍｉｎ后的沉淀物干燥處理，分析了其中的Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ１含量，結(jié)果見表３。

表３分析結(jié)果中，沉淀物中Ｎｉ的含量達到６１.２０％，這和沉淀物藍綠色外觀相吻合。由于沉淀物中Ｎｉ含量較高，后期可以通過其它方法對其中的Ｎｉ進行回收或再利用。

３、結(jié)論

通過實驗研究了電絮凝法對重金屬廢水處理的效果，分別考察了初始ｐＨ、電流密度、極板間距、反應(yīng)時間等因素的影響，研究表明：

（１）隨著ＰＨ值的升高，去除率也隨之升高，當(dāng)初始ＰＨ≥７時，Ｎｉ的去除率達到９９％，Ｃｏ的去除率達到９８％以上。極板間距１０-４０mm范圍內(nèi)，隨著極板間距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后減小。極板間距２０ｍｍ時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達到９９.９１％、９８.６４％。

（２）隨著電流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率一直增加，當(dāng)電流密度為１５ｍＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高。Ｎｉ和Ｃｏ的去除率隨著電絮凝時間的延長而增加，４ｍｉｎ時Ｎｉ的去除率已達到９９.９１％，８ｍｉｎ時Ｃｏ的去除率達到９９.９５％。

（３）重金屬廢水處理最佳條件為：初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反應(yīng)時間４ｍｉｎ，此時Ｎｉ去除率為９９.９１％，廢水處理后Ｎｉ的濃度為０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ去除率９８.６４％，Ｃｏ的濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，符合國標(biāo)ＧＢ２５４６７―２０１０《銅、鈷、鎳工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)》中Ｎｉ≤０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。（來源：陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，陜西省石油化工研究設(shè)計院，西安昊芯環(huán)境技術(shù)有限公司）