管式電絮凝法處理電鍍廢水中的鋅、銅、鎳、鉻

陳秀鵑

昆明金澤實業(yè)有限公司，云南 昆明 650109

采用電絮凝法去除電鍍廢水中重金屬離子的研究與應(yīng)用中，電絮凝反應(yīng)設(shè)備多為槽式反應(yīng)器板式電極，而文章采用管式反應(yīng)器鐵棒電極對綜合電鍍廢水中的鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子去除率進行了試驗研究。試驗的反應(yīng)器為不銹鋼或玻璃鋼管式外殼，電極為鐵棒。電絮凝反應(yīng)器中鐵棒采取梅花形布置，可有效減小鐵棒間距，增加其比表面積，降低電壓和能耗。管式電絮凝反應(yīng)器采用大流量循環(huán)泵連接循環(huán)反應(yīng)桶，使原水在一定時間周期內(nèi)循環(huán)進行反應(yīng)。循環(huán)泵可大幅度提高水流速度和水流湍動度，強化水力沖刷和攪拌，減輕電極極化和鈍化。

1 試驗方法

試驗分兩批次進行，試驗水樣為成都某電鍍廠（濃度相對高）、昆明某電鍍廠（濃度低）兩個不同電鍍生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的含鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子的綜合廢水。試驗設(shè)備各項參數(shù)：循環(huán)反應(yīng)桶容積為50L，電絮凝反應(yīng)器為長度1100mm、直徑110mm的不銹鋼外殼，內(nèi)部電極為20根φ12mm的鐵棒，循環(huán)水泵Q=3m3/h、H=12m、N=0.55kW，電解電源為電流0～300A、電壓0～24V的可調(diào)開關(guān)電源。試驗步驟：取一定量廢水于循環(huán)反應(yīng)桶內(nèi)，開啟循環(huán)水泵對電絮凝反應(yīng)器進行沖洗，防止反應(yīng)管內(nèi)堵塞，防止電解液產(chǎn)生濃化極差現(xiàn)象；開啟電解電源，在穩(wěn)壓條件下，調(diào)節(jié)電流到所需值；開始計時，根據(jù)設(shè)定的試驗時間間隔，每次取500mL水樣沉淀后取上清液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分別測定樣品中鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子的重量及濃度，并計算其去除率。成都電鍍廠原水水質(zhì)情況為總鋅178mg/L、銅4.79mg/L、總鎳35.5mg/L、總鉻120mg/L，pH值為3.5；昆明電鍍廠原水水質(zhì)情況為總鋅62mg/L、銅3.1mg/L、總鎳1.53mg/L、總鉻3.59mg/L，pH值為4。

2 試驗結(jié)果與影響因素分析

2.1 電流密度對重金屬離子去除率的影響

對成都和昆明兩個電鍍廠的水樣分別進行試驗，原水pH值為3～4，在反應(yīng)時間為25min，所取樣品靜置5min后取上清液的條件下，不同的電流密度對各重金屬離子的去除率如圖1、圖2所示。

圖1 電流密度對重金屬離子去除率的影響（成都水樣）

圖2 電流密度對重金屬離子去除率的影響（昆明水樣）

由圖1和圖2可知，隨著電流密度的不斷增加，兩種廢水中的重金屬離子的去除率都在不斷地增加，當電流密度分別達到180A/m2和140A/m2時，兩種廢水中各類重金屬離子的含量已經(jīng)很低，均達到了一個很高的去除率，已能滿足現(xiàn)行國家相關(guān)排放標準要求。綜合分析兩種廢水在此電流密度下的處理成本，均處在可接受的范圍內(nèi)，其中成都水樣最佳電流密度為180A/m2，昆明水樣最佳電流密度為140A/m2。

另外，電絮凝反應(yīng)過程中顯示，在設(shè)定的電流密度下，反應(yīng)時間在5min時即可看到反應(yīng)桶內(nèi)有明顯的絮體產(chǎn)生，且絮體由小逐漸變大；約15min，原溶液呈現(xiàn)的淡藍色或淡黃色瞬間褪色，反應(yīng)桶內(nèi)混合液間隙水變得很清澈，絮體狀大，沉降快速；20min后絮狀體增加不顯著，基本達到平衡狀態(tài)。

2.2 反應(yīng)時間對重金屬離子去除率的影響

對成都和昆明兩個電鍍廠的水樣分別進行試驗，原水pH值為3～4，在電流密度為180A/m2和140A/m2，所取樣品靜置5min后取上清液的條件下，不同的反應(yīng)時間對各重金屬離子的去除率如圖3、圖4所示。

圖3 反應(yīng)時間對重金屬離子去除率的影響（成都水樣）

圖4 反應(yīng)時間對重金屬離子去除率的影響（昆明水樣）

由圖3和圖4可知，反應(yīng)時間從10min到30min，設(shè)備對各類重金屬離子的處理效率變化趨勢明顯，當反應(yīng)時間達到25min時，各類重金屬離子的去除率達到了最佳狀態(tài)，廢水中各重金屬離子的濃度已非常小，去除率趨于穩(wěn)定，這主要是因為電絮凝的處理效果達到飽和臨界點，所以盡管反應(yīng)時間繼續(xù)增加，但處理效果并不能無限延長[1]?？紤]到能耗問題，電解時間選25min為宜。另外，當反應(yīng)時間超過30min，原水溫度增加很快，廢水中有難聞的氣味產(chǎn)生。

2.3 沉降時間對重金屬離子去除率的影響

在電絮凝設(shè)備處理電鍍廢水的反應(yīng)過程中，隨著反應(yīng)過程的逐步進行，廢水中會產(chǎn)生越來越多的礬花，形成絮體，需要分離絮狀物與水，故在反應(yīng)完成后，需要對泥水混合物進行分離，在實際工業(yè)應(yīng)用中往往在電絮凝后再進行沉淀池輔助沉降[2-3]。在反應(yīng)完成后，取出混合水樣，靜置沉降后再取上清液進行水中重金屬含量的測定。通過試驗觀察得知，電絮凝反應(yīng)完成后產(chǎn)生的絮體粒徑大，結(jié)構(gòu)密實，沉降快速，所進行試驗的兩個水樣均在5min時，所產(chǎn)生的絮體全部得到了沉降，廢水中的重金屬離子以絮凝體的形式被去除。

3 結(jié)論

（1）采用管式電絮凝處理原水重金屬離子濃度在一定范圍內(nèi)的綜合電鍍廢水，在電極間距為2cm的條件下，試驗結(jié)果表明，在pH值（未調(diào)pH）為3～4、電流密度為140～180A/m2、反應(yīng)時間為25min、沉降時間為5min時，各類重金屬離子的去除效果最好，去除率達到了98%以上。

（2）試驗表明，將管式電絮凝應(yīng)用于電鍍廢水中的重金屬處理是可行的，但是電絮凝反應(yīng)需要很高的電流密度，且需要根據(jù)廢水中不同重金屬物質(zhì)的含量來確定廢水最佳的電流密度。

（3）鐵棒電極屬于消耗性電極，高電流密度的反應(yīng)條件會使廢水中生成的沉淀物質(zhì)黏附在電極棒上，造成電極棒失活、堵塞，影響處理效率。電極棒跟電極板一樣，在表面形成氧化膜而鈍化，對電絮凝的處理效果有很大的影響。

（4）為方便管式電絮凝電極的拆卸及更換，反應(yīng)器封口結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計有待進一步研究。