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電絮凝法處理重金屬冶煉廢水技術(shù)

       重金屬?gòu)U水的來(lái)源主要有有色金屬冶煉、電鍍、皮革加工和部分化工企業(yè)等的排放。重金屬污染物通常具有急性或慢性毒性，無(wú)法通過(guò)自?xún)糇饔孟В强梢酝ㄟ^(guò)生物食物鏈富集，引起人和動(dòng)物腎臟、生殖系統(tǒng)、肝臟、腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多處系統(tǒng)功能的紊亂。所以，不加以有效處理而輕易排放的重金屬?gòu)U水，會(huì)對(duì)人的健康和生態(tài)安全帶來(lái)極大危害。水體重金屬污染業(yè)已成為全球最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一。

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

       其中，電絮凝法成為了近年來(lái)發(fā)展頗佳的一種污水處理工藝，其具備操作簡(jiǎn)單、效率高、不添加絮凝劑等優(yōu)點(diǎn)，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?gòu)U水、造紙廢水、含油污水等多個(gè)門(mén)類(lèi)。本實(shí)驗(yàn)采用電絮凝法對(duì)金屬冶煉廢水進(jìn)行處理，優(yōu)化了初始ｐＨ、極板間距、電流密度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)條件，取得了良好的處理效果。

 

       １、實(shí)驗(yàn)部分

       １.１ 實(shí)驗(yàn)用水與儀器

       實(shí)驗(yàn)用水來(lái)自于某冶煉廢水，廢水水質(zhì)見(jiàn)表１。

       檢測(cè)儀器：美國(guó)ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ６３００ＩＣＰ分析儀，哈希ＨＱ４０ｄ分析儀。

       １.２ 實(shí)驗(yàn)方法

       電絮凝實(shí)驗(yàn)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(guò)磁力泵進(jìn)行循環(huán)，污水進(jìn)入后開(kāi)始循環(huán)，通電后調(diào)整到所需電流開(kāi)始計(jì)時(shí)，隔一段時(shí)間后取樣１00ｍＬ，靜置１０ｍｉｎ后取清液測(cè)試Ｎｉ和Ｃｏ含量。

 

       ２、結(jié)果與討論

       ２.１ 初始ｐＨ值對(duì)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(shí)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(duì)重金屬離子去除率的影響，結(jié)果如圖１，處理后水質(zhì)見(jiàn)表２。

       由圖１可知，當(dāng)初始ｐＨ＝５時(shí)，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(shí)，隨著ｐＨ值的升高，去除率趨于穩(wěn)定，Ｎｉ的去除率達(dá)到９９％，Ｃｏ的去除率達(dá)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?gòu)U水最好在堿性條件下。由表２可知，當(dāng)ＰＨ＝７.０時(shí)，Ｎｉ的去除率達(dá)到９９.５７％，但是處理后Ｎｉ濃度為２.９ｍｇ／Ｌ，不滿(mǎn)足國(guó)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(shí)，處理后Ｎｉ濃度為０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，完全滿(mǎn)足國(guó)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(duì)電絮凝效果的影響

       在初始ｐＨ＝８.０、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反應(yīng)時(shí)間４ｍｉｎ條件下，考察電絮凝極板間距對(duì)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(shí)，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達(dá)到９９.９１％、９８.６４％。這是因?yàn)橄嗤娏髅芏葪l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(chǎng)分布不勻性增強(qiáng)，易引起短路反應(yīng)，同時(shí)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(duì)電絮凝效果的影響

       在初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、反應(yīng)時(shí)間４ｍｉｎ條件下，考察電流密度對(duì)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(shí)，Ｎｉ和Ｃｏ去除率均小于６５％，１５ｍＡ／ｃｍ２時(shí)，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(yáng)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(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，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(shí)容易形成膠體排斥，反而會(huì)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(shí)間對(duì)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(shí)間對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)而增加，１-２ｍｉｎ內(nèi)Ｎｉ和Ｃｏ的去除率顯著增長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間在４-１０ｍｉｎ內(nèi)Ｎｉ的去除率增加趨于穩(wěn)定，４ｍｉｎ時(shí)Ｎｉ的去除率已達(dá)到９９.９１％。４-１０ｍｉｎ內(nèi)Ｃｏ的去除率緩慢提高，８ｍｉｎ時(shí)達(dá)到９９.９５％，之后趨于穩(wěn)定。但４ｍｉｎ時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)電能消耗越高，所以在滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，４ｍｉｎ為較佳的反應(yīng)時(shí)間。

       電絮凝反應(yīng)產(chǎn)生污泥較少，沉淀物顯藍(lán)綠色，對(duì)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(jiàn)表３。

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

 

       ３、結(jié)論

       通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了電絮凝法對(duì)重金屬?gòu)U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(shí)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(shí)，Ｎｉ的去除率達(dá)到９９％，Ｃｏ的去除率達(dá)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(shí)，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達(dá)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(shí)，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高。Ｎｉ和Ｃｏ的去除率隨著電絮凝時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，４ｍｉｎ時(shí)Ｎｉ的去除率已達(dá)到９９.９１％，８ｍｉｎ時(shí)Ｃｏ的去除率達(dá)到９９.９５％。

       （３）重金屬?gòu)U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(shí)間４ｍｉｎ，此時(shí)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(guó)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。