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    电絮凝法处理重金属冶炼废水技术

            重金属废水的来源主要有有色金属冶炼、电镀、皮革加工和部分化工企业等的排放。重金属污染物通常具有急性或慢性毒性,无法通过自净作用消失,但是可以通过生物食物链富集,引起人和动物肾脏、生殖系统、肝脏、脑和中枢神经系统等多处系统功能的紊乱。所以,不加以有效处理而轻易排放的重金属废水,会对人的健康和生态安全带来极大危害。水体重金属污染业已成为全球最严重的环境问题之一。

            不过处理废水中重金属的方法有很多,有絮凝法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法、膜法、微电解法等等。

            其中,电絮凝法成为了近年来发展颇佳的一种污水处理工艺,其具备操作简单、效率高、不添加絮凝剂等优点,是一种环境友好型水处理工艺,已被用于处理生活污水、电镀废水、重金属废水、造纸废水、含油污水等多个门类。本实验采用电絮凝法对金属冶炼废水进行处理,优化了初始pH、极板间距、电流密度、反应时间等参数条件,取得了良好的处理效果。

     

            1、实验部分

            1.1 实验用水与仪器

            实验用水来自于某冶炼废水,废水水质见表1。

            检测仪器:美国ThermoFisher6300ICP分析仪,哈希HQ40d分析仪。

            1.2 实验方法

            电絮凝实验装置为自制设备,电絮凝反应槽尺寸为400mmX200mmX200mm,电极板采用招极板,尺寸为150mmx100mmx3mm,10块平板电极排列在反应槽内,间距为20mm。污水通过磁力泵进行循环,污水进入后开始循环,通电后调整到所需电流开始计时,隔一段时间后取样100mL,静置10min后取清液测试Ni和Co含量。

     

            2、结果与讨论

            2.1 初始pH值对电絮凝效果的影响

            在极板间距20mm、电流密度15mA/cm2、槽电压2.8V、反应时间4min条件下,用0.1mol/L盐酸和0.1mol/L氢氧化钠调节废水的pH值,考察废水初始pH值对重金属离子去除率的影响,结果如图1,处理后水质见表2。

            由图1可知,当初始pH=5时,Ni和Co的去除率都很低,分别为72%、62.5%。随着pH值的升高,去除率也随之升高,当初始pH>7时,随着pH值的升高,去除率趋于稳定,Ni的去除率达到99%,Co的去除率达到98%以上。酸性条件下不适于生成Al(0H)3以及铝多核羟基化合物,不能有效吸附和絮凝重金属离子,随着pH值的升高,生成的A1(0H)3以及铝多核羟基化合物较多,絮凝效果越好。所以电絮凝处理重金属废水最好在碱性条件下。由表2可知,当PH=7.0时,Ni的去除率达到99.57%,但是处理后Ni浓度为2.9mg/L,不满足国标GB25467—2010《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ni矣0.5mg/L、Co<1.0mg/L的排放要求。当初始pH=8时,处理后Ni浓度为0.3mg/L,Co浓度为0.2mg/L,完全满足国标排放要求,所以电絮凝最佳初始pH值为8.0。

            2.2 极板间距对电絮凝效果的影响

            在初始pH=8.0、电流密度15mA/cm2、反应时间4min条件下,考察电絮凝极板间距对重金属离子去除率的影响,结果如图2所示。

            由图2可知,极板间距在10-40mm范围内,随着极板间距的增大,Ni和Co的去除率先增大后减小。极板间距20mm时,Ni和Co的去除率最高,分别达到99.91%、98.64%。这是因为相同电流密度条件下,极板间距越小,电极溶蚀和电极工作表面利用越充分,效果也越好。但极板间距小,极板间的电场分布不匀性增强,易引起短路反应,同时在同一电流密度下,间距越大,槽电压将升高,电能消耗也变大,所以最佳极板间距为20mm。

            2.3 电流密度对电絮凝效果的影响

            在初始pH=8.0、极板间距20mm、反应时间4min条件下,考察电流密度对重金属离子去除率的影响,结果如图3所示。

            由图3可知,随着电流密度的增大,Ni和Co的去除率增大。电流密度为5maA/cm2时,Ni和Co去除率均小于65%,15mA/cm2时,Ni和Co去除率最高,此后再增大电流密度,去除率上升高不明显,基本趋于稳定。这是由于电流密度越大,阳极板间产生的Al3+越多,阴极板产生更多的氢气泡,絮凝、气浮效果越好,处理效率越高。但当电流密度达到一定强度时,电解产生的Al3+越多,生成Al(OH)3W&招多核羟基化合物也较多,絮凝效果越好,去除率越高。但当电流浓度再升高时容易形成胶体排斥,反而会降低絮凝能力,所以电絮凝最佳电流密度15mA/cm2。

            2.4 反应时间对电絮凝效果的影响

            在初始pH=8.0、极板间距20mm、电流密度15mA/cm2、槽电压2.8V条件下,考察反应时间对重金属离子去除率的影响,结果如图4所示。

            由图4可知,Ni和Co的去除率随着电絮凝时间的延长而增加,1-2min内Ni和Co的去除率显著增长,反应时间在4-10min内Ni的去除率增加趋于稳定,4min时Ni的去除率已达到99.91%。4-10min内Co的去除率缓慢提高,8min时达到99.95%,之后趋于稳定。但4min时Co的浓度为0.2mg/L,符合Co≤1.0mg/L的排放要求。由于反应时间越长电能消耗越高,所以在满足排放标准的前提下,4min为较佳的反应时间。

            电絮凝反应产生污泥较少,沉淀物显蓝绿色,对电絮凝处理4min后的沉淀物干燥处理,分析了其中的Ni、Co、A1含量,结果见表3。

            表3分析结果中,沉淀物中Ni的含量达到61.20%,这和沉淀物蓝绿色外观相吻合。由于沉淀物中Ni含量较高,后期可以通过其它方法对其中的Ni进行回收或再利用。

     

            3、结论

            通过实验研究了电絮凝法对重金属废水处理的效果,分别考察了初始pH、电流密度、极板间距、反应时间等因素的影响,研究表明:

            (1)随着PH值的升高,去除率也随之升高,当初始PH≥7时,Ni的去除率达到99%,Co的去除率达到98%以上。极板间距10-40mm范围内,随着极板间距的增大,Ni和Co的去除率先增大后减小。极板间距20mm时,Ni和Co的去除率最高,分别达到99.91%、98.64%。

            (2)随着电流密度的增大,Ni和Co的去除率一直增加,当电流密度为15mA/cm2时,Ni和Co去除率最高。Ni和Co的去除率随着电絮凝时间的延长而增加,4min时Ni的去除率已达到99.91%,8min时Co的去除率达到99.95%。

            (3)重金属废水处理最佳条件为:初始pH=8.0、极板间距20mm、电流密度15mA/cm2、反应时间4min,此时Ni去除率为99.91%,废水处理后Ni的浓度为0.3mg/L,Co去除率98.64%,Co的浓度为0.2mg/L,符合国标GB25467—2010《铜、钴、镍工业污染源排放标准》中Ni≤0.5mg/L、Co≤1.0mg/L的排放要求。


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