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铝碳微电解处理含铜 镍电镀废水

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-17  浏览次数:1064
核心提示:  刘东飞,胡 涓,陈整生,张志军   (常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164)  摘要:通过铝碳微电解法对含铜、镍电
   刘东飞,胡 涓,陈整生,张志军

  (常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164)

  摘要:通过铝碳微电解法对含铜、镍电镀废水进行处理,研究了铝碳比,反应时间,进水pH对处理效果的影响。结果表明,铝碳微电解最佳反应时间较铁碳微电解的30min提高到15min;Cu2+去除率较铁碳微电解由95%提高到98%,Ni 2+去除率较铁碳微电解由94%提高到97%。这为铝碳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;铝碳;电镀废水

  中图分类号:X 703.1    文献标识码:A

  文章编号:2095-0411(2012)01-0051-04

  电镀废水中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多种重金属的离子,对环境有较大的破坏作用[1]。目前处理电镀废水有混凝[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、处理费用高等问题。因此一种能处理多种重金属污染物、处理费用低、投资少的微电解技术应运而生。微电解技术,又称为内电解、铁还原、铁碳法、零价铁法等技术,是被广泛研究与应用的一项废水处理技术[6]。

  微电处理重金属废水是在一定条件下,利用不同物质在介质中形成的微原电池,对金属离子起还原作用,并伴有络合、置换、吸附、絮凝沉淀等作用[7]。在整个反应装置中介质分为三层:氧化-还原主反应层、絮凝层和过滤层[8]。此法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉等特点,且使用的铁屑多来自切削工业的废渣,具有“以废治废”的意义[9]。然而,传统铁炭法处理电镀废水通常是在酸性条件下进行,溶出的铁量大,产生沉淀物多,增加了脱水工段的负担[10]。本研究采用铝炭微电解法对电镀废水进行处理。结果表明,铝炭微电解法在反应速率和效果上较铁碳微电解都有较大的提高。

  1·反应机理

  微电解技术主要利用铸铁屑表面化学成分不均匀及金属组织不均匀性构成的微电池来还原金属离子。当铸铁屑浸沫在电解质溶液(含Cr6+,Cu2+,Ni 2+,Zn2+废水)中时,由于不同相之间存在电位差,因而在铸铁表面形成了无数以铁为阳极,碳化铁,硅和其他杂质为阴极的微小腐蚀电池[11]。

  在电解质即阴极去极化剂作用下,反应会大大加快,又由于铸铁屑疏松多孔、表面积大使反应迅速完成,氧化-还原主反应层是微电解技术的核心[12]。Fe、C和其它杂质以极小的颗粒的形式分散在铸铁内,由于其电极电位比铁的低,所以在电解质溶液中时便形成大量的微电池。其电极反应如下:

  

 

  从铁和铝的电极反应可以看出:铝碳之间的电位差远大于铁碳之间的电位差,铝碳微电解的电极反应速大于铁碳微电解。

  2 实验部分

  2.1 废水来源与水质

  所用废水取自常州市光辉电镀厂镀铜、镍工艺产生的电镀废水,含有Cu、Ni、Zn、Fe等多种重金属的离子,其中Cu2+:27.35mg/L、Ni 2+:47.51mg/L,pH值为3。

  2.2 实验材料与装置

  自制微电解柱(高800mm,内径60mm的玻璃柱,内装填充料);铁屑(粒径为主要集中在1~5mm)和铝屑(粒径为主要集中在1~5mm)取自某铸铁厂废屑,接触材料颗粒活性炭(粒径为主要集中在1~5mm)。实验装置图见图1。

  

 

  2.3 实验仪器与药品

  721分光光度计,PXS2270雷磁离子计,JA1203型精密电子天平;氨水,甲酚红,乙二胺四乙酸二钠,氢氧化钠,柠檬酸铵,丁二酮肟,碘和碘化钾等均为分析纯试剂。

  2.4 实验方法

  去污活化:将铁屑和铝屑在质量分数为5%NaOH碱洗10min,除掉铁屑表面油分,然后用3%的稀HCl浸泡10min,除掉表面的氧化物,用蒸馏水冲洗干净;

  吸附饱和:先用自来水对将颗粒活性炭冲洗,再用原水充分中浸泡36h,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pH,经填装预处理过的铝屑(铁屑)和颗粒活性炭的微电解柱,铁碳比和铝碳比均通过天平称量来控制摩尔比,反应后,测铜、镍的含量。

  2.5 分析方法:

  铜离子的测定:乙二胺基二硫代甲酸钠萃取分光光度法(GB/T7474-87);镍离子的测定:丁二酮肟分光光度法,方法标准B类方法。

  3.结果与讨论

  3.1 铝碳比对去除率的影响

  本实验以废水pH为3,停留时间为90min,铝碳比为1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3,铁碳比为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1分别实验,结果如图2、图3所示。

  

 

  在铝屑(铁屑)中加入活性炭,使得铝屑(铁屑)与活性炭接触形成原电池。当增投填充物中的炭量时可使微电解中的原电池数量增多,从而增加对重金属的去除效果。但当炭量过量时,却会抑制了微电解的反应效果。所以铝(铁)炭比应有一个适当的值。由图2,图3可知铝(铁)碳比对Cu2+,Ni 2+去除率影响。由此可知铝碳比为1∶1.5,铁碳比为2∶1是最合适。

  3.2 反应时间对微电解效果的影响

  本实验以废水pH为3,铝碳比为1∶1.5,铁碳比为2∶1试验研究不同时间对重金属去除率的影响。由图4、图5可知随着反应时间的增加,Cu2+、Ni 2+的去除率也增加。在铝碳微电解中,当反应时间为15min时,Cu2+、Ni 2+的去除率增长比较缓慢。在铁碳微电解中,当反应时间为30min时,Cu2+、Ni 2+的去除率增长比较缓慢。因此,在铝碳微电解中,最佳反应时间为15min;在铁碳微电解中,最佳反应时间为30min。

  

 

  3.3 进水pH对去除率的影响

  本实验以铝碳比为1∶1.5,铁碳比为2∶1,反应时间为90min,实验研究不同pH对去除率的影响。结果如图6,图7。

  

 

  由图6、图7可知,在铝碳微电解中pH为3时,Cu2+及Ni 2+的去除率都比较高,随着pH的增高去除率先降低后增加。在pH为2-4的条件下,阴极产生大量的OH-,使得金属离子Cu2+、Ni 2+产生了相应的氢氧化物沉淀,当pH值在4-8之间时,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,使重金属得到有效的处理,部分Cu2+、Ni 2+以单质的形式析出,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,因此在铝碳微电解中最佳进水pH值为3。

  4 结 论

  (1)微电解法不需用投加化学药剂,运行费用低,污泥量少,铝(铁)屑系工业废料制成,原料易得,符合“以废治废”的理念。

  (2)在微电解法处理电镀废水中,铝(铁)碳比、初始pH值、反应时间对去除效果都有一定的影响。在通过单因素实验确定最佳工艺为,铝碳比为1∶1.5,反应时间为15min,pH为3。Cu2+去除率可达98%以上,Ni 2+去除率可达97%以上。

  (3)铁碳微电解的最佳反应时间为30min,Cu2+去除率为95%左右,Ni 2+去除率为94.5%左右。由此可知铝碳微电解在处理电镀废水时速率和效果上较铁碳微电解都较大的提高,为实际工程应用提供了实验基础。

  参考文献:

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  [11]刘俊峰.絮凝-氧化-吸附法联合处理法邻硝基苯胺生产废水[J].水处理技术,2000,26(3):175-177.

  [12]YU K C.The removal of colloid and dissolved phosphorus

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