鋁炭微電解對含銅、鎳電鍍廢水的處理實驗研究

摘要：在鐵炭微電解的基礎上,研究了鋁炭微電解對含銅、鎳電鍍廢水的處理效果,考察了鋁炭比、反應時間、進水pH對處理效果的影響。結果表明,鋁炭微電解最佳反應時間由鐵炭微電解的30min減少到15min;Cu2+去除率由鐵炭微電解的95%提高到98%,Ni2+去除率由鐵炭微電解的94%提高到97%。此項研究為鋁炭微電解處理電鍍廢水的實際應用奠定了基礎。

電鍍廢水是造成生態環境污染的重要工業污染源之一，其中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多種重金屬離子，對環境有較大的破壞作用〔1〕。目前處理電鍍廢水的方法主要有混凝法〔2〕、鐵氧體法〔3〕、化學法〔4〕、微生物法〔5〕，但這些方法存在處理重金屬種類單一、工藝繁瑣、二次污染、污泥量大、處理費用高等一系列問題。

在重金屬廢水處理技術中，鐵炭微電解技術正日益受到重視并已在工程實際中得到廣泛應用〔6〕。此法具有適用范圍廣、處理效果好、成本低廉及操作維護方便等特點，且使用的鐵屑多來自切削工業的廢渣，也不需要消耗有限的電力資源，具有“以廢治廢”的意義。然而，傳統的鐵炭微電解法處理廢水通常是在酸性條件下進行，溶出的鐵量大，中和時產生的沉淀物多，增加了污泥脫水階段的負擔，因此，尋求有效的改進方法，解決存在的問題成為當今研究熱點之一。本研究使用鋁炭微電解代替鐵炭微電解對電鍍廢水進行了處理，結果表明，鋁炭微電解法不僅克服了鐵炭微電解法的缺點，而且在反應速率和處理效果上較鐵炭微電解均有較大的提高。

1實驗部分

1.1廢水來源與水質

實驗所用電鍍廢水為常州市某電鍍廠酸洗后鍍銅、鍍鎳的混合清洗廢水，含有Cu、Ni、Zn、Fe、Ca等多種重金屬離子，其中Cu2+27.35mg/L，Ni2+47.51mg/L，pH為3。

1.2實驗材料

自制微電解柱（高800mm，內徑60mm的玻璃柱，內裝填充料）；鐵屑（粒徑1～5mm）、鋁屑（粒徑1～5mm），取自某鑄鐵廠廢屑；顆?；钚蕴浚?～5mm）。

1.3實驗儀器與藥品

儀器：721分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；PXS2270雷磁離子計，上海格瑞恩儀器有限公司；JA1203型精密電子天平，上海恒平科學儀器有限公司。

藥品：氨水、甲酚紅、氫氧化鈉、檸檬酸銨、丁二酮肟、乙二胺四乙酸二鈉、碘和碘化鉀等，均為分析純試劑，國藥集團化學試劑有限公司生產。

1.4實驗過程

去污活化：將鐵屑和鋁屑在質量分數為5%的NaOH溶液中洗10min，除掉鐵屑、鋁屑表面的油分，然后用質量分數為3%的稀HCl浸泡10min，除掉表面的氧化物，用蒸餾水沖洗干凈。

吸附飽和：先用自來水對顆?；钚蕴窟M行沖洗，再將其在實驗廢水中充分浸泡36h，使其對污染物達到吸附飽和。

實驗過程：用pH儀精確控制廢水的pH，將廢水在裝有預處理過的鋁屑（鐵屑）和顆?；钚蕴康奈㈦娊庵鶅确磻欢螘r間，測其出水的銅、鎳含量。

1.5分析方法

銅離子的測定采用乙二胺基二硫代甲酸鈉萃取分光光度法；鎳離子測定采用丁二酮肟分光光度法。

2結果與討論

2.1鋁炭比和鐵炭比對微電解處理效果的影響

在廢水pH為3，反應時間為90min的條件下，分別考察了不同鋁炭比（體積比）和鐵炭比（體積比）對微電解處理效果的影響，結果如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，鋁（鐵）炭比對Cu2+、Ni2+的去除率均有一定的影響。對于2種微電解法，隨著活性炭投加量的增加，微電解中的原電池數量增多，從而增加了對重金屬的去除效果。但當活性炭投加量過大時，會抑制微電解的處理效果。實驗結果表明，最佳鋁炭比為1∶1.5，最佳鐵炭比為1∶2。

2.2反應時間對微電解處理效果的影響

在廢水pH為3，鋁炭比為1∶1.5，鐵炭比為1∶2的條件下，分別考察了2種微電解體系中反應時間對處理效果的影響，結果如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，隨著反應時間的增加，2種微電解體系的Cu2+、Ni2+的去除率均增加。在鐵炭微電解中，當反應時間﹥30min時，Cu2+、Ni2+去除率的增長趨于穩定。在鋁炭微電解中，當反應時間﹥15min時，Cu2+、Ni2+去除率的增長趨于穩定。因此，在鋁炭微電解中，最佳反應時間為15min，較鐵炭微電解的反應時間有了較大的縮短。

2.3進水pH對微電解處理效果的影響

在鋁炭比為1∶1.5，鐵炭比為1∶2，反應時間為90min的條件下，分別考察了2種微電解體系中進水pH對處理效果的影響，結果如圖5、圖6所示。

由圖5、圖6可知，在鐵炭微電解中，隨著pH的增高，Cu2+、Ni2+的去除率逐漸降低。而在鋁炭微電解中，最佳去除率相對鐵炭微電解有明顯的提高。在鋁炭微電解中隨著進水pH的增高，Cu2+及Ni2+的去除率先降低后增加。當pH為3時，Cu2+及Ni2+的去除率比較高。因為在pH為2～4的條件下，陰極會產生大量的OH-，使得金屬離子Cu2+、Ni2+產生了相應的氫氧化物沉淀，所以鋁炭微電解在酸性條件下去除率很高。而當pH為8～9時，陽極產生的所有A13+會形成聚合物〔如Al13O4（OH）247+和Al（OH）3〕沉淀，這些Al的氫氧化物可以通過吸附、網捕作用去除廢水中的重金屬，使重金屬得到有效處理，一部分Cu2+、Ni2+以單質的形式析出，另一部分在陰極形成相應的氫氧化物沉淀，這些沉淀物之間發生吸附共同沉淀，使得鋁炭微電解在堿性條件下對銅和鎳的去除率仍然很高。但是因為電鍍廢水為酸性，酸性條件下反應成本較低，因此在鋁炭微電解中最佳進水pH為3。

3結論

（1）采用鋁炭微電解法處理電鍍廢水，處理效果良好。其最佳工藝條件為：鋁炭比為1∶1.5，反應時間為15min，pH為3。在此條件下，Cu2+去除率可達98%以上，Ni2+去除率可達97%以上。

（2）實驗結果表明，較鐵炭微電解法，在采用鋁炭微電解法處理電鍍廢水時，其在反應時間和處理效果上均有較大的提高。

（3）鋁炭微電解法不需投加化學藥劑，運行費用低，污泥量少，鋁屑系工業廢料制成，原料易得，符合“以廢治廢”的理念。