鋁炭微電解對含銅、鎳電鍍廢水的處理實驗研究

2018-03-24 07:36:08 青州譚福環保設備有限公司 66

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。

微電解|芬頓氧化塔|芬頓反應器|譚福環保

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。

微電解|芬頓氧化塔|芬頓反應器|譚福環保

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。

微電解|芬頓氧化塔|芬頓反應器|譚福環保

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。


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