電絮凝法去除電鍍廢水重金屬的研究

摘要：電鍍廢水是重金屬污染環(huán)境的主要源頭之一，包括重金屬離子、含氰廢水和高濃度COD等污染物，會危害水、土壤環(huán)境及身體健康。本研究通過對比電極間距，溶液pH值，電流強(qiáng)度，電絮凝時(shí)間等因素對Cr6+、Cu2+、Ni2+和Zn2+去除率的影響探討了利用電絮凝法去除電鍍廢水中重金屬的效果。

關(guān)鍵詞：電絮凝；重金屬；去除率

中圖分類號：X781.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0117-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.069

Abstract： Electroplating wastewater is one of the main sources of heavy metal pollution to the environment， including heavy metal ions， cyanide-containing wastewater and high concentrations of COD and other pollutants， which will harm the water environment， soil and health. Electro-flocculation method is used to remove heavy metals in electroplating wastewater. However， the effects of electrode spacing， solution pH， current intensity， and electro-flocculation time on the removal rate of Cr6+， Cu2+， Ni2+， and Zn2+ are compared.

Key words： Electrocoagulation； Heavy metals； Removal rate

電鍍行業(yè)是我國污染工業(yè)組成之一。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對不同鍍種的電鍍廢水采用了不同的處理方法，如物理法、化學(xué)法、膜處理法、吸附交換法、物理化學(xué)法及生物法等，但傳統(tǒng)的方法存在成本高、處理時(shí)間長、占地面積大、投資大、處理效率低、出水難以達(dá)標(biāo)排放、二次污染及后續(xù)處理工作復(fù)雜等問題[1]。電絮凝技術(shù)作為一種新型的處理方式，集氧化還原、絮凝和氣浮為一體，具有設(shè)備構(gòu)造簡單、占地面積小、基建投資少、操作管理方便、無二次污染以及能夠同時(shí)去除多種污染物等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)處理方法的不足，具有很好的發(fā)展前景及應(yīng)用價(jià)值[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 廢水性質(zhì)

廢水取自深圳某電鍍廠電鍍車間，廢水中Cr6+濃度為20.52 mg/L，Cu2+濃度為10.38 mg/L，Ni2+濃度為15.73mg/L，Zn2+濃度為19.47 mg/L，廢水pH值為2.19。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程及方法

電絮凝反應(yīng)在容量為5 L燒杯中進(jìn)行，陽極和陰極為同類金屬電極，兩塊平行極板固定在燒杯中，電極純度為99%，電極連接多功能脈沖電源，向燒杯中倒入調(diào)節(jié)pH值后的電鍍廢水3.5 L，開通磁力攪拌器，設(shè)置電流密度。用計(jì)時(shí)器控制時(shí)間，測定濃度，計(jì)算其去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 電極間距的影響

設(shè)置不同電極間距，調(diào)節(jié)pH至6.0，調(diào)整電流密度為5A/dm2，通電時(shí)間為30min。

在電極間距（cm）為 1、2.5、5、7.5 、10時(shí)，Cr6+去除率（%）分別為95.67、96.29，92.17、86.39、81.45；Cu2+去除率（%）分別為95.21、96.54、91.43、87.06、83.38；Ni2+去除率（%）分別為85.39、90.35、83.41、74.18、70.25；Zn2+去除率（%）分別為94.48、95.72、92.16、86.87、80.74。

極板間的距離高于5cm時(shí)，可能因電極間距太大，陰極產(chǎn)生的初生態(tài)[H]和陽極產(chǎn)生的絮凝劑，不能充分的與廢水中的金屬離子充分接觸。隨電極間距變寬，去除率相應(yīng)逐漸降低。

2.2 初始pH值的影響

調(diào)節(jié)不同初始pH值，電流密度為5.0 A/dm2，電極間距為2.5 cm，通電時(shí)間為30 min。

在初始pH值為4、5、6、7、8、9、10，Cr6+去除率（%）分別為85.81、94.32、96.46、97.23、96.12、89.42、86.26；Cu2+去除率（%）分別為90.39、92.97、96.81、98.33、97.28、95.13、94.47；Ni2+去除率（%）分別為72.18、83.35、89.94、91.43、90.54、85.39、85.07；Zn2+去除率（%）分別為85.31、92.16、96.87、97.14、96.99、93.18、92.44

在弱酸性情況下，電凝反應(yīng)環(huán)境更有利于廢水中鐵離子的水解，形成絮凝體；隨pH 值升高，絮凝體形成速度相對有所提高，對水中重金屬離子有更好的網(wǎng)捕作用；同時(shí)，廢水中 OH-的濃度也相應(yīng)提高。在 pH值大于6且未超過8時(shí)，金屬離子開始形成氫氧化物沉淀析出，且沉淀析出量隨著pH升高而增加。 當(dāng)pH值大于8時(shí)，不利于[H]的形成，影響重金屬還原，難于形成氫氧化物沉淀析出。 綜上所述，當(dāng) pH 值在 6-7 時(shí)，重金屬去除效果最適合。

2.3 電流密度的影響

設(shè)置不同電流密度，電極間距為 2.5cm，初始pH值調(diào)節(jié)為6，處理時(shí)間為30min。

在電流密度（A/dm2）為1、2、3、4、5、6時(shí)，Cr6+去除率（%）分別為51.34、66.85、74.31、90.32、95.58、86.21；Cu2+去除率（%）分別為54.93、67.23、77.89、93.29、97.74、87.45；Ni2+去除率（%）分別為47.11、58.38、69.35、88.28、93.23、80.36；Zn2+去除率（%）分別為：50.19、67.24、76.20、93.17、96.49、84.57。

當(dāng)電流密度在 1～4 A/m2時(shí)，在鐵電極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量鐵離子，廢水中鐵離子濃度也隨著電流密度增大而升高，鐵離子在水中經(jīng)過水解產(chǎn)生大量的水解沉淀物，產(chǎn)生的絮凝劑增多，氣泡的產(chǎn)生速率同時(shí)有所加快，絮凝效果越來越好，所以重金屬離子的去除率也隨著電流密度的增大而逐漸升高。

2.4 電凝時(shí)間的影響

設(shè)置極板間的距離為 2.5 cm、電流強(qiáng)度為 5A/dm2、初始 pH=6，設(shè)置電凝時(shí)間為40min，在設(shè)備出水口每隔5min取樣一次。

在電凝時(shí)間（min）為5、10、15、20、25、30、35、40時(shí)，Cr6+去除率（%）分別為74.27、84.39、89.55、93.76、95.52、96.78、96.23、96.52；Cu2+去除率（%）分別為75.51、84.67、89.18、94.34、97.15、97.63、97.39、97.28；Ni2+去除率（%）分別為70.33、80.64、86.28、90.31、92.54、92.12、92.08、92.06；Zn2+去除率（%）分別為74.99、81.17、87.59、93.07、95.89、96.24、95.98、96.04。

最佳電凝時(shí)間為 25～30 min。在電絮凝處理前15min時(shí)，隨電凝時(shí)間的增加，水解形成的絮凝劑數(shù)量越來越多，金屬離子去除率都快速增長。當(dāng)電凝時(shí)間達(dá)到 20 min時(shí)，去除率趨于緩慢；此時(shí)，去除率分別為 93.76、94.34、90.31和93.07，但是在超過30 min時(shí)，去除率反而略微降低，同時(shí)趨于平穩(wěn)。

3 結(jié)論

目前，電絮凝法得到了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，但許多研究成果向工程實(shí)踐的轉(zhuǎn)化還需要一個(gè)過程，如何降低運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行穩(wěn)定性將是該項(xiàng)技術(shù)得以推廣的關(guān)鍵所在[4]。

（1）在電極間距上，電極間距為 2.5 cm重金屬離子去除效果最佳；

（2）在初始pH值上，最佳pH值在6—7之間，金屬離子去除率最合適，當(dāng)pH值突破8后，去除率出現(xiàn)降低；

（3）在電流密度上，電流密度在5A/dm2時(shí)，效果最佳；

（4）在電凝時(shí)間上，最合適的電凝時(shí)間為25-30min。

參考文獻(xiàn)

[1]姜玉娟，陳志強(qiáng).電鍍廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2015，40（3）：45-48.

[2]何夏清.電絮凝技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境，2011，30（3）：94-98.

[3]譚宏承，潘涌璋.高壓脈沖電絮凝處理綜合電鍍廢水的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)用水與廢水，2013，44（6）：19-23.

[4]陳雪明.電凝聚能耗分析與節(jié)能措施[J].水處理技術(shù)，1997，23（3）：11-16.

收稿日期：2018-04-04

作者簡介：李玉山（1989-），男，本科，總經(jīng)理，研究方向?yàn)榄h(huán)保。