电絮凝法处理重金属冶炼废水的研究杨鸿鹰

２０１８年４月第２期杨鸿鹰等：电絮凝法处理重金属冶炼废水的研究？４９？电絮凝法处理重金属冶炼废水的研究杨鸿鹰１＞２，张国辉Ｕ２，冯党卫３，王玲燕Ｕ２（１．陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西西安７１００５４；２．陕西省石油化工研究设计院，陕西西安７１００５４３．西安昊芯环境技术有限公司，陕西西安７１００７５）［摘要］采用电絮凝法处理金属冶炼废水，考察了初始ｐＨ、极板间距、电流密度、反应时间等因素的影响，研究表明在初始ｐＨ＝８．０、极板间距２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反应时间４ｍｉｎ条件下效果最好，Ｎｉ去除率９９．９１％，Ｃｏ去除率９８．６４％，处理后的废水含Ｎｉ０．３ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ０．２ｍｇ／Ｌ，符合国标ＧＢ２５４６７—２０１０《铜、钴、镍工业污染源排放标准》要求。［关键词］重金属废水；电絮凝；除镍；除钴［中图分类号］Ｘ７５６［文献标志码］Ｂ［文章编号］１６７２－６１０３（２〇１８）０２＿００４９－〇３重金属废水主要来自有色金属冶炼、电镀、皮革加工和部分化工企业等。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，但可通过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功能的紊乱［１］。重金属废水若不加以有效处理而排放，将对人的健康和生态安全带来极大危害。水体重金属污染已成为全球最严重的环境问题之一。处理废水中重金属的方法很多，有絮凝法Ｄ］、化学沉淀法［２］、吸附法［３＜、离子交换法［６＜、生物法［８＿９］、膜法、微电解法［１２］等。电絮凝法为近年来颇有竞争力的一种污水处理工艺，此工艺操作简单，效率高，不添加絮凝剂，是一种环境友好型水处理工艺，已被用于处理生活污水［１３］、电镀废水［１４］、重金属废水［１５Ｍ６］、造纸废水［１７］、含油污水［１８］。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。［基金项目］陕西省科技统筹创新工程计划项目：电化学水处理新型设备研究及其应用（２０１６ＫＴＺＤＧＹ０９４３）。［作者简介］杨鸿鹰（１％４—），男，陕西蓝田人，高级工程师，主要从事工业水处理技术研究。［收稿日期］２０１７－０５－０３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。表１废水水质ｐＨ电导／金属含量／ｍｇ＊Ｌ＿１ｍｓ＊ｃｍ￣１ＮｉＣｏＣｕＦｅＺｎＣｒＣｄ７．０３８０．１２３１．０２２．０＜０．１＜０．Ｉ＜０．１＜０．１＜０－１检测仪器：美国ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ６３００ＩＣＰ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４００ｍｍＸ２００ｍｍＸ２００ｍｍ，电极板采用招极板，尺寸为１５０ｍｍｘ１００ｍｍｘ３ｍｍ，１０块平板电极排列在反应槽内，间距为２０ｍｍ。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１〇〇ｍＬ，静置１０ｍｉｎ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２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽电压２．８Ｖ、反应时间４ｍｉｎ条件下，用０．１ｍｏｌ／Ｌ盐酸和０．１ｍｏｌ／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DOI:牨牥牨牴牰牨牪牤jcnkicn牨牨牠牭牥牰牰牤tf牪牥牨牳牥牪牥牨牫？５０？中国有色冶金Ａ生产实践篇？综合利用与环保图２极板间距对电絮凝效果的影响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２０ｍｍ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［２°］。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Ｕ１］，电能消耗也变大，所以最佳极板间距为２０ｍｍ〇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２０ｍｍ、反应时间４ｍｉｎ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。图３电流密度对电絮凝效果的影响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５ｒａＡ／ｃｍ２时，Ｎｉ和Ｃｏ去除率均小于６５％，１５ｍＡ／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１０２０３０４０极板间距Ｄ／ｎｉｍ９０１００９８如图１所不，处理后水质见表２Ｃ１００９５图１初始ｐＨ值对电絮凝效果的影响表２处理效果ｐＨ值５．０６．０７．０８．０９．０处理后废水含Ｎｉ／ｍｇ．Ｌ－１８２．６１１．８２．９０．３０．１Ｎｉ去除率／％６４．２４９４．８９９９．５７９９．９１９９．９６处理后废水含Ｃｏ／ｍｇ．Ｌ—１６．４２．３０．４０．２０．１Ｃｏ去除率／％７０．９１８９．５５９８．１８９８．６４９９．５５Ｎｉ／ｍｇ．Ｌ＿丨国标Ｃｏ／ｍｇ．Ｌ—１矣０．５专１．０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Ａ１（０Ｈ）３＆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［１９］。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２．９ｍｇ／Ｌ，不满足国标ＧＢ２５４６７—２０１０《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ｎｉ矣０．５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ＜１．０ｍｇ／Ｌ的排放要求。当初始ｐＨ＝８时，处理后Ｎｉ浓度为０．３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ浓度为０．２ｍｇ／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１５ｍＡ／ｃｍ２、反应时间４ｍｉｎ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￣４０ｍｍ范围内，６４２９９９％／ｓｌ４ｗＮｉｃｏＨ０５０５０５０９８８７７６６％／重蝴２０１８年４月第２期杨鸿鹰等：电絮凝法处理重金属冶炼废水的研究？５１？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１５ｍＡ／ｃｍ２０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２０ｍｍ、电流密度１５？＾／￡；１１１２、槽电压２．８＼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。１００Ｆ＾■３会口论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％，Ｃ〇的去除率达到９８％以上。极板间距１０￣４０ｒｒｎｎ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２０ｍｍ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１５ｍＡ／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，４ｍｉｎ时Ｎｉ的去除率已达到９９．９１％，８ｍｉｎ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２０ｍｍ、电流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反应时间４ｍｉｎ，此时Ｎｉ去除率为９９．９１％，废水处理后Ｎｉ的浓度为０？３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ去除率９８．６４％，Ｃｏ的浓度为０．２ｍｇ／Ｌ，符合国标ＧＢ２５４６７—２０１０《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ｎｉ？０．５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ矣１．０ｍｇ／Ｌ的排放要求。［参考文献］［１］杜凤龄，徐敏，王刚，等．絮凝剂处理重金属废水的研究进展［Ｊ］．工业水处理，２０１４（１２）：１２－１６．［２］郭燕妮，方增坤，胡杰华，等．化学沉淀法处理含重金属废水研究进展［Ｊ］．工业水处理，２０１１（１２）：９－１３．［３］邓景衡，余侃萍，肖国光，等．吸附法处理重金属废水研究进展［Ｊ］？工业水处理，２０１４（１１）：４－７．［４］潘凌潇，刘汉湖，任超，等．新型介孔吸附剂制备及重金属吸附性能［Ｊ］．有色金属工程，２０１３（３）：３１－３３．［５］张再利，况群，贾晓珊，等．花生壳吸附Ｐｂ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｒ３＋、Ｃ＜Ｊ２＋、Ｎｉ２＋的动力学和热力学研究［Ｊ］．生态环境学报，２０１０（１２）：２９７３－２９７７．［６］李红艳，李亚新，李尚明．离子交换技术在重金属工业废水处理中的应用［Ｊ］．水处理技术，２００８（２）：１２－１５．［７］王坚坚，董新，林学敏，等．新型强碱性阴离子交换树脂处理含铬电镀废水的研究［Ｊ］．电镀与环保，２０１６（６）：５５－５６．［８］段杨慧．生物吸附法处理重金属离子废水研究进展［Ｊ］．中国铺业，２０１６（５）：１００－１０２．［９］张玉刚，龙新宪，陈雪梅，等．微生物处理重金属废水的研究进展［Ｊ］．环境科学与技术，２００８（６）：５８－６３．（下转第７２页）图４反应时间对电絮凝效果的影响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￣２ｍｉｎ内Ｎｉ和Ｃｏ的去除率显著增长，反应时间在４￣１０ｍｉｎ内Ｎｉ的去除率增加趋于稳定，４ｍｉｎ时Ｎｉ的去除率已达到９９．９１％。４￣１０ｍｉｎ内Ｃｏ的去除率缓慢提高，８ｍｉｎ时达到９９．９５％，之后趋于稳定。但４ｍｉｎ时Ｃｏ的浓度为０．２ｍｇ／Ｌ，符合Ｃｏ在１．０ｍｇ／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，４ｍｉｎ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４ｍｉｎ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沉淀物分析结果分析项目ＮｉＣｏＡ１含量／ｍｇ－ｇ—１６１２．０５７．８１２９．６质量分数／％６１．２０