铝炭微电解对含铜、镍电镀废水的处理实验研究 张志军，陈整生，胡娟，刘东飞 (常州大学环境与安全工程学院，江苏常州213164) [摘要]在铁炭微电解的基础上，研究了铝炭微电解对含铜、镍电镀废水的处理效果，考察了铝炭比、反应时间、进水pH对处理效果的影响。结果表明，铝炭微电解最佳反应时间由铁炭微电解的30 min减少到15 min;Cu2+去除率由铁炭微电解的95%提高到98%，Ni2+去除率由铁炭微电解的94%提高到97%。此项研究为铝炭微电解处理电镀废水的实际应用奠定了基础。 [关键词]微电解;铝炭;电镀废水 [中图分类号]X703.1[文献标识码]B[文章编号]1005-829X(2012)07-0068-03 电镀废水是造成生态环境污染的重要工业污染源之一，其中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多种重金属离子，对环境有较大的破坏作用〔1〕。目前处理电镀废水的方法主要有混凝法〔2〕、铁氧体法〔3〕、化学法〔4〕、微生物法〔5〕，但这些方法存在处理重金属种类单一、工艺繁琐、二次污染、污泥量大、处理费用高等一系列问题。 在重金属废水处理技术中，铁炭微电解技术正日益受到重视并已在工程实际中得到广泛应用〔6〕。此法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉及操作维护方便等特点，且使用的铁屑多来自切削工业的废渣，也不需要消耗有限的电力资源，具有“以废治废”的意义。然而，传统的铁炭微电解法处理废水通常是在酸性条件下进行，溶出的铁量大，中和时产生的沉淀物多，增加了污泥脱水阶段的负担，因此，寻求有效的改进方法，解决存在的问题成为当今研究热点之一。本研究使用铝炭微电解代替铁炭微电解对电镀废水进行了处理，结果表明，铝炭微电解法不仅克服了铁炭微电解法的缺点，而且在反应速率和处理效果上较铁炭微电解均有较大的提高。 1·实验部分 1.1废水来源与水质 实验所用电镀废水为常州市某电镀厂酸洗后镀铜、镀镍的混合清洗废水，含有Cu、Ni、Zn、Fe、Ca等多种重金属离子，其中Cu2+27.35 mg/L，Ni2+47.51mg/L，pH为3。 1.2实验材料 自制微电解柱(高800 mm，内径60 mm的玻璃柱，内装填充料);铁屑(粒径1～5 mm)、铝屑(粒径1～5 mm)，取自某铸铁厂废屑;颗粒活性炭(粒径1～5 mm)。 1.3实验仪器与药品 仪器：721分光光度计，上海精密科学仪器有限公司;PXS2270雷磁离子计，上海格瑞恩仪器有限公司;JA1203型精密电子天平，上海恒平科学仪器有限公司。 药品：氨水、甲酚红、氢氧化钠、柠檬酸铵、丁二酮肟、乙二胺四乙酸二钠、碘和碘化钾等，均为分析纯试剂，国药集团化学试剂有限公司生产。 1.4实验过程 去污活化：将铁屑和铝屑在质量分数为5%的NaOH溶液中洗10 min，除掉铁屑、铝屑表面的油分，然后用质量分数为3%的稀HCl浸泡10 min，除掉表面的氧化物，用蒸馏水冲洗干净。 吸附饱和：先用自来水对颗粒活性炭进行冲洗，再将其在实验废水中充分浸泡36 h，使其对污染物达到吸附饱和。 实验过程：用pH仪精确控制废水的pH，将废水在装有预处理过的铝屑(铁屑)和颗粒活性炭的微电解柱内反应一段时间，测其出水的铜、镍含量。 1.5分析方法 铜离子的测定采用乙二胺基二硫代甲酸钠萃取分光光度法;镍离子测定采用丁二酮肟分光光度法。 2·结果与讨论 2.1铝炭比和铁炭比对微电解处理效果的影响 在废水pH为3，反应时间为90 min的条件下，分别考察了不同铝炭比(体积比)和铁炭比(体积比)对微电解处理效果的影响，结果如图1、图2所示。由图1、图2可知，铝(铁)炭比对Cu2+、Ni2+的去除率均有一定的影响。对于2种微电解法，随着活性炭投加量的增加，微电解中的原电池数量增多，从而增加了对重金属的去除效果。但当活性炭投加量过大时，会抑制微电解的处理效果。实验结果表明，最佳铝炭比为1∶1.5，最佳铁炭比为1∶2。
  2.2反应时间对微电解处理效果的影响 在废水pH为3，铝炭比为1∶1.5，铁炭比为1∶2的条件下，分别考察了2种微电解体系中反应时间对处理效果的影响，结果如图3、图4所示。 由图3、图4可知，随着反应时间的增加，2种微电解体系的Cu2+、Ni2+的去除率均增加。在铁炭微电解中，当反应时间﹥30 min时，Cu2+、Ni2+去除率的增长趋于稳定。在铝炭微电解中，当反应时间﹥15 min时，Cu2+、Ni2+去除率的增长趋于稳定。因此，在铝炭微电解中，最佳反应时间为15 min，较铁炭微电解的反应时间有了较大的缩短。 2.3进水pH对微电解处理效果的影响 在铝炭比为1∶1.5，铁炭比为1∶2，反应时间为90 min的条件下，分别考察了2种微电解体系中进水pH对处理效果的影响，结果如图5、图6所示。 由图5、图6可知，在铁炭微电解中，随着pH的增高，Cu2+、Ni2+的去除率逐渐降低。而在铝炭微电解中，最佳去除率相对铁炭微电解有明显的提高。在铝炭微电解中随着进水pH的增高，Cu2+及Ni2+的去除率先降低后增加。当pH为3时，Cu2+及Ni2+的去除率比较高。因为在pH为2～4的条件下，阴极会产生大量的OH-，使得金属离子Cu2+、Ni2+产生了相应的氢氧化物沉淀，所以铝炭微电解在酸性条件下去除率很高。而当pH为8～9时，阳极产生的所有A13+会形成聚合物〔如Al13O4(OH)247+和Al(OH)3〕沉淀，这些Al的氢氧化物可以通过吸附、网捕作用去除废水中的重金属，使重金属得到有效处理，一部分Cu2+、Ni2+以单质的形式析出，另一部分在阴极形成相应的氢氧化物沉淀，这些沉淀物之间发生吸附共同沉淀，使得铝炭微电解在碱性条件下对铜和镍的去除率仍然很高。但是因为电镀废水为酸性，酸性条件下反应成本较低，因此在铝炭微电解中最佳进水pH为3。 3·结论 (1)采用铝炭微电解法处理电镀废水，处理效果良好。其最佳工艺条件为：铝炭比为1∶1.5，反应时间为15 min，pH为3。在此条件下，Cu2+去除率可达98%以上，Ni2+去除率可达97%以上。 (2)实验结果表明，较铁炭微电解法，在采用铝炭微电解法处理电镀废水时，其在反应时间和处理效果上均有较大的提高。 (3)铝炭微电解法不需投加化学药剂，运行费用低，污泥量少，铝屑系工业废料制成，原料易得，符合“以废治废”的理念。 [参考文献] [1]安成强，崔作兴.电镀三废治理技术[M].北京：国防工业出版社，2002：13-19. [2]张志军，杨丽芳，徐智炜.混凝法处理含铜电镀废水[J].环境工程学报，2009，3(7)：1233-1236. [3]彭丽花，董佳.铁氧体法处理电镀废水实验研究[J].广东化工，2010，37(211)：107-108. [4]彭昌盛，谷庆宝，孟洪，等.化学法处理混合电镀废水及药剂选择[J].北京科技大学学报，2003，25(1)：23-25. [5]李福德.微生物治理电镀废水方法[J].电镀与精饰，2002，24(2)：35-37. [6]代秀兰.微电解技术处理含铬电镀废水研究及其应用[J].工业水处理，2005，25(1)：69-71. [作者简介]张志军(1973—)，副教授，主要研究方向：工业节水与污水回用。联系人：刘东飞，电话：13585345809，E-mail：ldfalpha@163.com。 |
