电絮凝法处理重金属冶炼废水技术

       重金属废水的来源主要有有色金属冶炼、电镀、皮革加工和部分化工企业等的排放。重金属污染物通常具有急性或慢性毒性，无法通过自净作用消失，但是可以通过生物食物链富集，引起人和动物肾脏、生殖系统、肝脏、脑和中枢神经系统等多处系统功能的紊乱。所以，不加以有效处理而轻易排放的重金属废水，会对人的健康和生态安全带来极大危害。水体重金属污染业已成为全球最严重的环境问题之一。

       不过处理废水中重金属的方法有很多，有絮凝法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法、膜法、微电解法等等。

       其中，电絮凝法成为了近年来发展颇佳的一种污水处理工艺，其具备操作简单、效率高、不添加絮凝剂等优点，是一种环境友好型水处理工艺，已被用于处理生活污水、电镀废水、重金属废水、造纸废水、含油污水等多个门类。本实验采用电絮凝法对金属冶炼废水进行处理，优化了初始ｐＨ、极板间距、电流密度、反应时间等参数条件，取得了良好的处理效果。

 

       １、实验部分

       １.１ 实验用水与仪器

       实验用水来自于某冶炼废水，废水水质见表１。

       检测仪器：美国ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ６３００ＩＣＰ分析仪，哈希ＨＱ４０ｄ分析仪。

       １.２ 实验方法

       电絮凝实验装置为自制设备，电絮凝反应槽尺寸为４００ｍｍＸ２００ｍｍＸ２００ｍｍ，电极板采用招极板，尺寸为１５０ｍｍｘ１００ｍｍｘ３ｍｍ，１０块平板电极排列在反应槽内，间距为２０ｍｍ。污水通过磁力泵进行循环，污水进入后开始循环，通电后调整到所需电流开始计时，隔一段时间后取样１00ｍＬ，静置１０ｍｉｎ后取清液测试Ｎｉ和Ｃｏ含量。

 

       ２、结果与讨论

       ２.１ 初始ｐＨ值对电絮凝效果的影响

       在极板间距２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽电压２.８Ｖ、反应时间４ｍｉｎ条件下，用０.１ｍｏｌ／Ｌ盐酸和０.１ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠调节废水的ｐＨ值，考察废水初始ｐＨ值对重金属离子去除率的影响，结果如图１，处理后水质见表２。

       由图１可知，当初始ｐＨ＝５时，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率都很低，分别为７２％、６２.５％。随着ｐＨ值的升高，去除率也随之升高，当初始ｐＨ＞７时，随着ｐＨ值的升高，去除率趋于稳定，Ｎｉ的去除率达到９９％，Ｃｏ的去除率达到９８％以上。酸性条件下不适于生成Ａl（０Ｈ）３以及铝多核羟基化合物，不能有效吸附和絮凝重金属离子，随着ｐＨ值的升高，生成的Ａ１（０Ｈ）３以及铝多核羟基化合物较多，絮凝效果越好。所以电絮凝处理重金属废水最好在碱性条件下。由表２可知，当ＰＨ＝７.０时，Ｎｉ的去除率达到９９.５７％，但是处理后Ｎｉ浓度为２.９ｍｇ／Ｌ，不满足国标ＧＢ２５４６７—２０１０《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ｎｉ矣０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ＜１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。当初始ｐＨ＝８时，处理后Ｎｉ浓度为０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ浓度为０.２ｍｇ／Ｌ，完全满足国标排放要求，所以电絮凝最佳初始ｐＨ值为８.０。

       ２.２ 极板间距对电絮凝效果的影响

       在初始ｐＨ＝８.０、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反应时间４ｍｉｎ条件下，考察电絮凝极板间距对重金属离子去除率的影响，结果如图２所示。

       由图２可知，极板间距在１０-４０ｍｍ范围内，随着极板间距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后减小。极板间距２０ｍｍ时，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分别达到９９.９１％、９８.６４％。这是因为相同电流密度条件下，极板间距越小，电极溶蚀和电极工作表面利用越充分，效果也越好。但极板间距小，极板间的电场分布不匀性增强，易引起短路反应，同时在同一电流密度下，间距越大，槽电压将升高，电能消耗也变大，所以最佳极板间距为２０ｍｍ。

       ２.３ 电流密度对电絮凝效果的影响

       在初始ｐＨ＝８.０、极板间距２０ｍｍ、反应时间４ｍｉｎ条件下，考察电流密度对重金属离子去除率的影响，结果如图３所示。

       由图３可知，随着电流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率增大。电流密度为５ｍａＡ／ｃｍ２时，Ｎｉ和Ｃｏ去除率均小于６５％，１５ｍＡ／ｃｍ２时，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高，此后再增大电流密度，去除率上升高不明显，基本趋于稳定。这是由于电流密度越大，阳极板间产生的Ａｌ３＋越多，阴极板产生更多的氢气泡，絮凝、气浮效果越好，处理效率越高。但当电流密度达到一定强度时，电解产生的Ａｌ３＋越多，生成Ａｌ（ＯＨ）３Ｗ＆招多核羟基化合物也较多，絮凝效果越好，去除率越高。但当电流浓度再升高时容易形成胶体排斥，反而会降低絮凝能力，所以电絮凝最佳电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２。

       ２.４ 反应时间对电絮凝效果的影响

       在初始ｐＨ＝８.０、极板间距２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽电压２.８V条件下，考察反应时间对重金属离子去除率的影响，结果如图４所示。

       由图４可知，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率随着电絮凝时间的延长而增加，１-２ｍｉｎ内Ｎｉ和Ｃｏ的去除率显著增长，反应时间在４-１０ｍｉｎ内Ｎｉ的去除率增加趋于稳定，４ｍｉｎ时Ｎｉ的去除率已达到９９.９１％。４-１０ｍｉｎ内Ｃｏ的去除率缓慢提高，８ｍｉｎ时达到９９.９５％，之后趋于稳定。但４ｍｉｎ时Ｃｏ的浓度为０.２ｍｇ／Ｌ，符合Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。由于反应时间越长电能消耗越高，所以在满足排放标准的前提下，４ｍｉｎ为较佳的反应时间。

       电絮凝反应产生污泥较少，沉淀物显蓝绿色，对电絮凝处理４ｍｉｎ后的沉淀物干燥处理，分析了其中的Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ１含量，结果见表３。

       表３分析结果中，沉淀物中Ｎｉ的含量达到６１.２０％，这和沉淀物蓝绿色外观相吻合。由于沉淀物中Ｎｉ含量较高，后期可以通过其它方法对其中的Ｎｉ进行回收或再利用。

 

       ３、结论

       通过实验研究了电絮凝法对重金属废水处理的效果，分别考察了初始ｐＨ、电流密度、极板间距、反应时间等因素的影响，研究表明：

       （１）随着ＰＨ值的升高，去除率也随之升高，当初始ＰＨ≥７时，Ｎｉ的去除率达到９９％，Ｃｏ的去除率达到９８％以上。极板间距１０-４０mm范围内，随着极板间距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后减小。极板间距２０ｍｍ时，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分别达到９９.９１％、９８.６４％。

       （２）随着电流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率一直增加，当电流密度为１５ｍＡ／ｃｍ２时，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高。Ｎｉ和Ｃｏ的去除率随着电絮凝时间的延长而增加，４ｍｉｎ时Ｎｉ的去除率已达到９９.９１％，８ｍｉｎ时Ｃｏ的去除率达到９９.９５％。

       （３）重金属废水处理最佳条件为：初始ｐＨ＝８.０、极板间距２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反应时间４ｍｉｎ，此时Ｎｉ去除率为９９.９１％，废水处理后Ｎｉ的浓度为０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ去除率９８.６４％，Ｃｏ的浓度为０.２ｍｇ／Ｌ，符合国标ＧＢ２５４６７—２０１０《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ｎｉ≤０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。