電解法處理電鍍廢水的研究進展

李 妍，唐曉琳，趙紅梅

（德州市環(huán)境保護科學研究所有限公司，山東 德州 253000）

電解法處理電鍍廢水的研究進展

李 妍，唐曉琳，趙紅梅

（德州市環(huán)境保護科學研究所有限公司，山東 德州 253000）

電解法是指電解質(zhì)溶液在電流的作用下發(fā)生電化學反應，去除重金屬污染物的方法。處理電鍍廢水時，電解法使用低壓直流電源，不消耗化學試劑，操作簡單，管理方便，它是目前電鍍廢水處理方法中較為成熟的一種工藝，已經(jīng)得到廣泛應用，具有良好的發(fā)展前景。本文通過對電解法處理電鍍廢水的研究現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)問題，以期為電解法的發(fā)展提供建議。

電解法；電鍍廢水；重金屬

電鍍行業(yè)是我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展的重要驅(qū)動力之一，它涵蓋航天飛行、國防建設、生活生產(chǎn)等方面。在電鍍工藝的生產(chǎn)過程中，有大量廢水產(chǎn)生，由于電鍍的特殊性，廢水中的重金屬含量高、毒性大，如果不經(jīng)有效的處理就會對居民的生產(chǎn)生活帶來嚴重的影響。選擇操作簡單、經(jīng)濟合理的處理方法是將電鍍廢水變廢為寶、合理利用的首要條件。目前處理電鍍廢水的方法可以概括為化學法、物化法與生物法，其中化學法主要包括化學沉淀法、氧化還原法、中和法，物化法主要包括離子交換法、膜分離法、電解法和吸附法，生物法主要是活性污泥法。

電解法是指電解質(zhì)溶液在電流的作用下發(fā)生電化學反應，從而去除重金屬污染物的方法。廢水在進行電解時，在電流的作用下陰極釋放出電子，使廢水中的某些陽離子因得到電子而被還原，因此陰極在電解過程中起還原劑的作用；陽極得到陰極失去的電子，使廢水中的某些陰離子失去電子被氧化，因此陽極在電解過程中起氧化劑的作用。廢水中的重金屬在電解槽的陰極被還原，產(chǎn)生不溶于水的沉淀，從而降低了廢水的毒性，達到排放標準。電解法處理電鍍廢水時使用低壓直流電源，不消耗化學試劑，操作易行，管理方便，是目前電鍍廢水處理方法中較為成熟的一種工藝，具有良好的發(fā)展前景。

電解法常用于電解電鍍行業(yè)產(chǎn)生的重金屬廢水以回收金屬，已經(jīng)取得了較好的處理效果。本文介紹了三種典型的含重金屬電鍍廢水——含鉻廢水、含銅廢水與含鎳廢水利用電解法處理的研究進展，通過查找文獻對近幾年的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)、分析，發(fā)現(xiàn)電解法存在的問題并提供相應的建議，以期使工程人員、科研人員對電解法處理電鍍廢水有全面的認識，為實際工程的應用以及科研提供一定的參考。

1 電解法處理含鉻廢水

鉻是一種變價元素，其化合物以二價、三價和六價的形式存在，毒性最強的是六價鉻。六價鉻被列為對人體危害最大的8種化學物質(zhì)之一，對人體具有“三致”作用。

雷英春采用自制有機玻璃電解槽，以不溶性純鉛為陽極材料，以18-8不銹鋼為陰極材料[1]。試驗廢水采用模擬廢水，設計正交試驗來研究電流、電解時間等因素對鉻去除的效果。試驗結(jié)果表明，NaCl可以增加溶液的電導率，能夠降低陰極極化作用，同時陽極形成PbO2膜，降低陽極極化。當Cr（Ⅵ）的濃度為7.8 g/L，電流強度為1.4 A，溫度為15℃時，Cr（Ⅵ）的去除率為99.9%。

郝火凡等人設計了一個鐵極板尺寸為180 mm×180 mm×15 mm的雙電極串聯(lián)電解模擬試驗裝置，對某廠含鉻廢水進行電解[2]。結(jié)果表明，電解1 h后廢水能夠達到排放標準，處理效果明顯。經(jīng)計算，每處理1 m3的廢水需用電1.2 kW/h。

Fe-Al混合電極中Al電極能夠生成具有混凝作用的Al（OH）3，能夠吸附廢水中的二價鐵離子，同時生成的Fe（OH）3可吸附廢水中的膠體顆粒而產(chǎn)生沉淀。梁啟民等利用Fe-Al混合電極的上述優(yōu)良特性來處理含鉻廢水[3]。試驗證明，當混合電極中的Fe、Al比例為2:1時，電流密度為0.2～0.3 A/dm2，極板間距為10 mm左右，經(jīng)過15 min的電解后，可以使污水中的Cr6+去除率達99.6%，而且電解處理后的廢水靜止一段時間后其色度、濁度不發(fā)生變化，電解后廢水的穩(wěn)定性較好。

2 電解法處理含銅廢水

電鍍工業(yè)排放的廢水中含銅量較高，每升廢水達幾十至幾百毫克。含銅廢水的排放會對大氣、水體、土壤造成不同程度的危害。銅離子進入空氣中會與空氣中的灰塵顆粒形成聚集體，當其進入人體呼吸道后會對人的生命造成致命危害；用含銅廢水灌溉農(nóng)田，會使銅在土壤和農(nóng)作物中富集，造成農(nóng)作物生長不良，嚴重減小農(nóng)作物產(chǎn)量；含銅廢水排入水體不僅對水生生物造成影響，而且嚴重威脅居民飲用水安全。

周云等利用交換吸附-電解法處理甘肅省天水市某機械廠含銅廢水[4]。研究結(jié)果表明，經(jīng)過交換吸附處理后，廢水中銅的含量能夠達到國家排放標準，樹脂飽和后的再生液進入電解槽中進行電解處理，可以取得良好的處理效果，達到回收銅、減小環(huán)境危害的目的。

曾淼等以某企業(yè)含銅電鍍廢水為樣品，利用電解法研究了電解時間、電流密度以及進出水濃度等參數(shù)對銅離子去除效率的影響，最后對電極法去除銅離子的經(jīng)濟成本進行分析[5]。結(jié)果表明，在電流密度為1.5 A/dm2，銅離子質(zhì)量濃度為31.76 mg/L，銅離子去除率可以達到98%；銅離子質(zhì)量濃度為1 867.16 mg/L，在電流密度為3.0 A/dm2，銅離子去除率可以達到99%。

流化床是一種使待處理水呈流態(tài)化狀態(tài)的水處理設備，任廣軍等自行研發(fā)了流化床電解裝置對含銅廢水進行處理，電解質(zhì)采用混酸電解質(zhì)，陽極材料采用鈦基二氧化鉛[6]。結(jié)果表明，流態(tài)化介質(zhì)處于流態(tài)化狀態(tài)，增大了電極與電解質(zhì)的有效接觸面積，從而提高了電流利用效率，取得了較好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。

3 電解法處理含鎳廢水

電鍍行業(yè)酸洗工藝生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的含鎳廢水，如果處理不當不僅會造成環(huán)境的嚴重污染還會導致大量鎳金屬資源的流失。含鎳廢水的不合理排放會污染空氣、水體、土壤，鎳能夠在空氣中形成具有致癌作用的Ni（CO）4，鎳進入水體后與水結(jié)合形成水合離子，嚴重影響水環(huán)境，土壤中的鎳會被農(nóng)作物帶走，使作物果實具有劇毒。

劉淑蘭等設計一個尺寸為95 mm×75 mm×75 mm的有機玻璃電解槽，其陰極材料為不銹鋼片，陽極材料為鈦基鍍二氧化鉛，并在電解質(zhì)溶液中加入強酸性陽離子交換樹脂來處理含鎳廢水[7]。結(jié)果表明，電解質(zhì)中加入強酸性陽離子交換樹脂作為雙相電解質(zhì)，能夠提高電解質(zhì)的電導，即陰極附近的鎳離子濃度，此方法取得了較高的鎳回收率。

于德龍等自行設計有機玻璃電滲析試驗裝置來研究電滲析電解法回收金屬鎳，并研究了影響回收效率的影響因素[8]。結(jié)果表明，將電解質(zhì)的pH值控制在5左右時，設定合理的電流密度，可以提高回收金屬鎳的效率；試驗電解質(zhì)的電流密度可達60%，回收金屬鎳的純度可達99.7%。

張少峰等采用自行設計的自下而上為循環(huán)室的陰極室、完全封閉的陽極室電解槽，利用脈沖電流的方法處理含鎳廢水[9]。結(jié)果表明，在相同的電解時間內(nèi)，脈沖電解法的電解效率要高于直流電解法，脈沖電解含鎳廢水方法明顯優(yōu)于直流電解法。

4 存在的問題

經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，電解法廣泛應用于電鍍行業(yè)，但是其本身也存在一定的局限性，主要是電流效率較低及經(jīng)濟不合理。上述兩個局限性的存在使得電解法水處理技術的發(fā)展受到一定程度的限制，因此需要研究新型電極材料以提高電流的利用效率。此外，電解過程中的極化現(xiàn)象是不可避免的，極化現(xiàn)象主要分為兩種——濃差極化與化學極化。濃差極化現(xiàn)象導致電解過程效率降低，必須對電解槽進行合理的攪拌，因此研制新型反應器是電解工藝未來發(fā)展的一個重要方向。

5 結(jié)語

電鍍廢水重金屬的回收是促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，避免電鍍污染轉(zhuǎn)移，從根本上降低污染的重要環(huán)節(jié)。常規(guī)的處理工藝各有特點，但局限性又較大，化學法與物化法存在耗能大、運行費用高等特點；生物法因其菌種的適應性不同，實際工程應用過程中菌種的馴化比較困難，效率低下，易受溫度影響。電解法在實際電鍍廢水處理工程中的運用已顯示出了巨大的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益，因此有理由相信，隨著現(xiàn)代電化學技術理論和科學研究的逐漸深入，電解法水處理工藝必將得到更廣泛的應用。

1 雷英春.電解法處理高濃度含鉻廢水回收鉻的研究[J].安全與環(huán)境學報，2011，11（6）：43-45.

2 郝火凡，柳明宇，張樂群.電解法處理含鉻廢水的模擬試驗研究[J].環(huán)境研究與監(jiān)測，2003，（3）：247-248.

3 梁啟民，王 雯，李靜萍，等.Fe-Al混合電極電解法處理含鉻污水[J].電鍍與精飾，1989，（6）：43.

4 周 云，陳學民，郝火凡，等.用交換吸附-電解法處理含銅電鍍廢水研究[J].蘭州交通大學學報，1994，（2）：53-57.

5 曾 淼，馮凱莉，葉晨皓，等.電解法處理電鍍含銅廢水的試驗研究[J].電鍍與精飾，2016，38（11）：43-46.

6 任廣軍，趙春英.流化床電解法處理含銅廢水裝置的研制[J].當代化工，2001，30（4）：202-204.

7 劉淑蘭，于德龍.用電解法從電鍍鎳廢水中回收金屬鎳[J].材料保護，1995，（7）：24-25.

8 于德龍，覃奇賢.電解回收鍍鎳廢水中鎳的研究[J].電鍍與環(huán)保，1997，（2）：22-25.

9 張少峰，胡熙恩.脈沖電解法處理含鎳廢水[J].環(huán)境科學與管理，2011，36（11）：91-95.

Research Progress of Electrolytic Treatment of Electroplating Wastewater

Li Yan, Tang Xiaolin, Zhao Hongmei
(Dezhou Environmental Protection Science Research Institute Co., Ltd., DeZhou 253000, China)

Electrolysis is the electrolyte solution in the role of current electrochemical reaction, the removal of heavy metal pollutants method. Electroplating wastewater, the use of low-voltage DC power supply, no consumption of chemical reagents, simple operation, easy management, it is electroplating wastewater treatment methods in a more mature process,has been widely used, has good prospects for development. In this paper, through the electrolysis of electroplating wastewater treatment of the status quo analysis, found the problem, with a view to the development of electrolysis to provide recommendations.

electrolysis; electroplating wastewater; heavy metal

X703

A

1008-9500(2017)09-0079-03

2017-07-15

李妍（1989-），女，山東德州人，本科，從事環(huán)境影響評價工作。