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铝炭微电解对含铜、镍电镀废水的处理实验研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-20  浏览次数:1415
核心提示: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。

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。

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