電絮凝法處理電鍍廢水中的銅、鎳、鉻

（河南質(zhì)量工程職業(yè)學院，河南 平頂山 467000）

摘 要：提出了以鋁板作為電極板，采用電絮凝法處理含鉻、鎳、銅電鍍廢水。研究了電流密度、處理時間、電極板間距、pH、電導率等因素對鉻、鎳、銅離子去除效率的影響。結(jié)果顯示，在電絮凝過程中，在電流密度為5.0A/dm2、pH為6.0-8.0、電解時間為30min，極板間距為2cm時去除效率最佳，能達到94%以上。在電解的過程中，隨著電流密度、電解時間的增加，三種離子的去除率不斷增大，在一定范圍內(nèi)電極間距的減小可以使得離子的去除效果有所提高，而電導率對離子去除率的影響很小。

關(guān)鍵詞：電鍍廢水;電絮凝;電導率;去除率

電絮凝法作為一種較為成熟的水處理技術(shù)，是一種高級的電化學水處理技術(shù)，它具有去除效率高，去除污染物范圍廣，集氧化還原、絮凝、氣浮為一體、操作工藝和設備簡單，不需添加化學絮凝劑，無二次污染等諸多其它物理、化學方法所沒有的優(yōu)點[1]。目前，盡管電絮凝法的應用還沒有十分普及，但在國外有一些國家，電絮凝工藝除實驗室的研究外，已廣泛用于處理印染廢水、制藥廢水、造紙黑液和含氰、含鉻電鍍廢水等，正在邁向工廠應用[2-5]。因此如何進一步提高處理效率、降低能耗、選擇最佳的電絮凝條件成為該技術(shù)推廣和普及應用的關(guān)鍵。

1 實驗

取一定量的含Cr3+、Cr（VI）和Ni2+、Cu2+重金屬離子的電鍍廢水（取自本地某電鍍工廠車間污水排放口）于電解槽（容量為1000mL的普通燒杯）中，陰極、陽極各為一塊鋁制電極（45 mm×55 mm×3 mm），平行且垂直地放入燒杯中，鋁的純度為99% ，用NaOH來調(diào)節(jié)樣品的pH 值，加入1.0g的NaCl以提高其電導率。接線后開通電源，通過磁力攪拌器防止電解液所產(chǎn)生的濃差極化現(xiàn)象，調(diào)整電壓、電流值。開始計時，并定時每次取2mL水樣進行分析，采用紫外分光光度計（GB/T7466-1987，GB/T11910-1989，GB/T7473-1987）分別測Crn+、Ni2+、Cu2+金屬離子的質(zhì)量濃度，計算金屬離子的去除率。廢水水質(zhì)如下：Crn+：10.18mg/L，鎳離子：40.21mg/L，銅離子：35.58mg/L，pH 2-6。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流密度對金屬離子去除率的影響

處理時間為25min，pH為8.0，電極板間距為2cm時，不同電流密度對金屬離子去除率的影響如圖1所示。

由圖1可見，電流密度在1 ～ 5A/dm2之間變化時， 隨著電流密度的增加，銅離子、鉻離子、鎳離子的去除率逐漸增加，當電流達到5A/dm2時，鎳離子、銅離子去除效率達到最大;繼續(xù)增大電流密度在5A/dm2到6A/dm2之間變化，去除效率反而呈下降趨勢。當電流密度達到5.5A/dm2時，鉻離子去除效率達到最大;繼續(xù)增大電流密度在5.5A/dm2到6A/dm2之間變化時，鉻離子的去除效率也開始下降。其原因為電流是電絮凝過程中極板溶解、絮凝及氣浮作用的動力來源，除決定了絮凝劑的產(chǎn)生總量，還決定了氣泡產(chǎn)生速率。起初隨著電流密度的增大，絮凝劑產(chǎn)量增多，氣泡產(chǎn)生速率變快，絮凝能力不斷加強，從而快速而有效地去除了重金屬離子[7-8]。與此同時，陽極的電流密度直接影響了陽極氧化的反應速度。綜合因素考慮，電流密度應控制在5A/dm2為宜。

2.2 處理時間對金屬離子去除率的影響

在電絮凝設備極板間距為2cm，電流密度為5 A/dm2，pH值為8.0，通過控制進水流量使處理時間分別為10，20，30，40，50，60min，不同處理時間對銅離子、鎳離子、鉻離子去除率的影響如圖2所示：

由圖2可見，控制電流密度在5A/dm2的情況下，時間從10 min增加到25min時，設備對金屬離子的處理效率比較明顯。當處理時間達到30min的時候，金屬離子的去處效果達到最佳狀態(tài)。當時間超過超過30min后，處理時間的進一步延長對去除率的提升并不明顯，去除率變化不大，趨于穩(wěn)定。這主要是電絮凝法的處理效果達到飽和臨界點，所以反應時間繼續(xù)增加，處理效果并不能無限增長[9]。另外，隨著時間增加，金屬極板容易發(fā)生鈍化形成一層疏松保護膜，影響鋁電極溶解和自由基的產(chǎn)生量，導致絮凝劑鋁離子產(chǎn)生量減少和氧化效果減弱，繼續(xù)增加反應時間對去除效果意義不大。并且隨著時間的增加電能消耗增加，處理成本隨之增長。因此合理的處理時間為30 min為宜。

2.3 電極板間距對金屬離子去除率的影響

電極間距對電流影響最直接，電極間距小，電絮凝處理效果較好，能耗較小，但間距小不利于設備的加工;電極板間距增大則溶液電阻增大，導致耗能較大，且電絮凝效果也較差。 因此將電極板間距分別取為1、2、3、4和5 cm，在pH 值為8.0，電流密度為5.0 A/dm2，電絮凝時間為30min作用條件下的實驗結(jié)果如圖3所示：

由圖3可知， 在極板間距為1cm到2cm增長時，三種離子的去除率增加，在極板間距為2cm時鉻離子與鎳離子的去除率達到最大值，在極板間距為2.5 cm銅離子的去除達到最大值。其原因是電極間距小，陰極區(qū)電解產(chǎn)生的氣體所形成的氣泡使在陽極形成的復合物迅速上升，導致電極反應加快，加速陽極的鋁進一步溶解，使金屬離子取得較好的去除效果。極板間距越大，電壓相應越高，電能消耗也增大。綜合考慮，電極間距取2cm為宜。

2.4 PH值對金屬離子去除率的影響

控制電極的極板間距為2cm，電流密度為5.0 A/dm2，通電時間為30min，將電鍍廢水的pH分別調(diào)到4.0、5.0、6.0、7.0、8.0和9.0進行試驗，比較金屬離子去除率的變化，結(jié)果如圖4：

由圖4可見，在電流密度為5A/dm2、電解時間為30min、極板間距為2cm時，電絮凝法對金屬離子的去除率隨pH的增大而提高，當pH值為6～9時，金屬離子的去除率達到93%以上且保持平穩(wěn)。初始pH大于9時，隨pH的增大，鉻離子的去除率減小。其原因是電絮凝對金屬離子的處理首先是在電場的作用下陽極溶解生產(chǎn)鋁離子，再經(jīng)過水解反應生成氫氧化鋁及其多核膠體，從而絮凝捕獲金屬離子及其氫氧化物。因此，pH宜控制在6～9之間。pH值為9時，鉻離子的去除效果最好，進一步增大pH值，鉻離子的去除率又降低，是由于氫氧化鉻也是兩性氫氧化物。

2.5 電導率對金屬離子去除率的影響

在電絮凝設備極板間距為2cm，電流密度為5 A/dm2，pH值為8.0，分別加入0.8g、0.9g、1.0 g、1.1 g、1.2g的氯化鈉控制溶液不同的電導率，不同電導率對金屬離子去除率的影響如圖5。

從圖5可看出，隨著電導率的增大，金屬離子去除率稍有增大，但影響的效果并不十分明顯。適當?shù)靥岣邚U水的電導率可以在保證電流密度不變的情況下有效地降低電壓，從而降低能耗。但Cl-本身對電極極板有腐蝕作用，強濃度的NaCl會縮短電極極板的使用壽命。因此NaCl的質(zhì)量濃度應該以l. 0 g/L為佳。

2. 6 最佳電絮凝工藝條件

實驗結(jié)果表明，最佳電絮凝工藝條件為：電流密度應控制在5A/dm2為宜，pH在6-9范圍內(nèi)，極板間距為2cm-2.5cm，電解時間控制在30min，能達到理想的去除效果，金屬離子去除率達到最佳值。

3 結(jié)論

電絮凝綜合了化學混凝和電化學的優(yōu)點成為了一種高效去污的電化學方法，可較好同時去除多種金屬離子污染物的電鍍廢水。雖然電絮凝技術(shù)具有許多常規(guī)水處理工藝沒有的獨特優(yōu)勢，但也有局限性，主要表現(xiàn)在：（1）極板很容易因形成氧化膜而鈍化，對電絮凝的處理效果有很大影響;（2）有關(guān)電絮凝方面的很多理論還不成熟，尤其是對電絮凝反應器成型設計的這一理論的缺乏，因此對于一種特定水質(zhì)，采用什么結(jié)構(gòu)的反應器、怎樣優(yōu)化去除率仍需進一步研究。

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作者簡介：張條蘭（1978-），女，講師，碩士研究生，主要從事：電鍍廢水的研究。