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電絮凝法處理重金屬冶煉廢水技術

        重金屬廢水的來源主要有有色金屬冶煉、電鍍、皮革加工和部分化工企業等的排放。重金屬污染物通常具有急性或慢性毒性，無法通過自凈作用消失，但是可以通過生物食物鏈富集，引起人和動物腎臟、生殖系統、肝臟、腦和中樞神經系統等多處系統功能的紊亂。所以，不加以有效處理而輕易排放的重金屬廢水，會對人的健康和生態安全帶來極大危害。水體重金屬污染業已成為全球最嚴重的環境問題之一。

        不過處理廢水中重金屬的方法有很多，有絮凝法、化學沉淀法、吸附法、離子交換法、生物法、膜法、微電解法等等。

        其中，電絮凝法成為了近年來發展頗佳的一種污水處理工藝，其具備操作簡單、效率高、不添加絮凝劑等優點，是一種環境友好型水處理工藝，已被用于處理生活污水、電鍍廢水、重金屬廢水、造紙廢水、含油污水等多個門類。本實驗采用電絮凝法對金屬冶煉廢水進行處理，優化了初始ｐＨ、極板間距、電流密度、反應時間等參數條件，取得了良好的處理效果。

        １、實驗部分

        １.１ 實驗用水與儀器

        實驗用水來自于某冶煉廢水，廢水水質見表１。

        檢測儀器：美國ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ６３００ＩＣＰ分析儀，哈希ＨＱ４０ｄ分析儀。

        １.２ 實驗方法

        電絮凝實驗裝置為自制設備，電絮凝反應槽尺寸為４００ｍｍＸ２００ｍｍＸ２００ｍｍ，電極板采用招極板，尺寸為１５０ｍｍｘ１００ｍｍｘ３ｍｍ，１０塊平板電極排列在反應槽內，間距為２０ｍｍ。污水通過磁力泵進行循環，污水進入后開始循環，通電后調整到所需電流開始計時，隔一段時間后取樣１00ｍＬ，靜置１０ｍｉｎ后取清液測試Ｎｉ和Ｃｏ含量。

        ２、結果與討論

        ２.１ 初始ｐＨ值對電絮凝效果的影響

        在極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽電壓２.８Ｖ、反應時間４ｍｉｎ條件下，用０.１ｍｏｌ／Ｌ鹽酸和０.１ｍｏｌ／Ｌ氫氧化鈉調節廢水的ｐＨ值，考察廢水初始ｐＨ值對重金屬離子去除率的影響，結果如圖１，處理后水質見表２。

        由圖１可知，當初始ｐＨ＝５時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率都很低，分別為７２％、６２.５％。隨著ｐＨ值的升高，去除率也隨之升高，當初始ｐＨ＞７時，隨著ｐＨ值的升高，去除率趨于穩定，Ｎｉ的去除率達到９９％，Ｃｏ的去除率達到９８％以上。酸性條件下不適于生成Ａl（０Ｈ）３以及鋁多核羥基化合物，不能有效吸附和絮凝重金屬離子，隨著ｐＨ值的升高，生成的Ａ１（０Ｈ）３以及鋁多核羥基化合物較多，絮凝效果越好。所以電絮凝處理重金屬廢水最好在堿性條件下。由表２可知，當ＰＨ＝７.０時，Ｎｉ的去除率達到９９.５７％，但是處理后Ｎｉ濃度為２.９ｍｇ／Ｌ，不滿足國標ＧＢ２５４６７—２０１０《銅、鈷、鎳工業污染源排放標準》中Ｎｉ矣０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ＜１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。當初始ｐＨ＝８時，處理后Ｎｉ濃度為０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，完全滿足國標排放要求，所以電絮凝最佳初始ｐＨ值為８.０。

        ２.２ 極板間距對電絮凝效果的影響

        在初始ｐＨ＝８.０、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反應時間４ｍｉｎ條件下，考察電絮凝極板間距對重金屬離子去除率的影響，結果如圖２所示。

        由圖２可知，極板間距在１０-４０ｍｍ范圍內，隨著極板間距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后減小。極板間距２０ｍｍ時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達到９９.９１％、９８.６４％。這是因為相同電流密度條件下，極板間距越小，電極溶蝕和電極工作表面利用越充分，效果也越好。但極板間距小，極板間的電場分布不勻性增強，易引起短路反應，同時在同一電流密度下，間距越大，槽電壓將升高，電能消耗也變大，所以最佳極板間距為２０ｍｍ。

        ２.３ 電流密度對電絮凝效果的影響

        在初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、反應時間４ｍｉｎ條件下，考察電流密度對重金屬離子去除率的影響，結果如圖３所示。

        由圖３可知，隨著電流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率增大。電流密度為５ｍａＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率均小于６５％，１５ｍＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高，此后再增大電流密度，去除率上升高不明顯，基本趨于穩定。這是由于電流密度越大，陽極板間產生的Ａｌ３＋越多，陰極板產生更多的氫氣泡，絮凝、氣浮效果越好，處理效率越高。但當電流密度達到一定強度時，電解產生的Ａｌ３＋越多，生成Ａｌ（ＯＨ）３Ｗ＆招多核羥基化合物也較多，絮凝效果越好，去除率越高。但當電流濃度再升高時容易形成膠體排斥，反而會降低絮凝能力，所以電絮凝最佳電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２。

        ２.４ 反應時間對電絮凝效果的影響

        在初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、槽電壓２.８V條件下，考察反應時間對重金屬離子去除率的影響，結果如圖４所示。

        由圖４可知，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率隨著電絮凝時間的延長而增加，１-２ｍｉｎ內Ｎｉ和Ｃｏ的去除率顯著增長，反應時間在４-１０ｍｉｎ內Ｎｉ的去除率增加趨于穩定，４ｍｉｎ時Ｎｉ的去除率已達到９９.９１％。４-１０ｍｉｎ內Ｃｏ的去除率緩慢提高，８ｍｉｎ時達到９９.９５％，之后趨于穩定。但４ｍｉｎ時Ｃｏ的濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，符合Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。由于反應時間越長電能消耗越高，所以在滿足排放標準的前提下，４ｍｉｎ為較佳的反應時間。

        電絮凝反應產生污泥較少，沉淀物顯藍綠色，對電絮凝處理４ｍｉｎ后的沉淀物干燥處理，分析了其中的Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ１含量，結果見表３。

        表３分析結果中，沉淀物中Ｎｉ的含量達到６１.２０％，這和沉淀物藍綠色外觀相吻合。由于沉淀物中Ｎｉ含量較高，后期可以通過其它方法對其中的Ｎｉ進行回收或再利用。

        ３、結論

        通過實驗研究了電絮凝法對重金屬廢水處理的效果，分別考察了初始ｐＨ、電流密度、極板間距、反應時間等因素的影響，研究表明：

        （１）隨著ＰＨ值的升高，去除率也隨之升高，當初始ＰＨ≥７時，Ｎｉ的去除率達到９９％，Ｃｏ的去除率達到９８％以上。極板間距１０-４０mm范圍內，隨著極板間距的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率先增大后減小。極板間距２０ｍｍ時，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率最高，分別達到９９.９１％、９８.６４％。

        （２）隨著電流密度的增大，Ｎｉ和Ｃｏ的去除率一直增加，當電流密度為１５ｍＡ／ｃｍ２時，Ｎｉ和Ｃｏ去除率最高。Ｎｉ和Ｃｏ的去除率隨著電絮凝時間的延長而增加，４ｍｉｎ時Ｎｉ的去除率已達到９９.９１％，８ｍｉｎ時Ｃｏ的去除率達到９９.９５％。

        （３）重金屬廢水處理最佳條件為：初始ｐＨ＝８.０、極板間距２０ｍｍ、電流密度１５ｍＡ／ｃｍ２、反應時間４ｍｉｎ，此時Ｎｉ去除率為９９.９１％，廢水處理后Ｎｉ的濃度為０.３ｍｇ／Ｌ，Ｃｏ去除率９８.６４％，Ｃｏ的濃度為０.２ｍｇ／Ｌ，符合國標ＧＢ２５４６７—２０１０《銅、鈷、鎳工業污染源排放標準》中Ｎｉ≤０.５ｍｇ／Ｌ、Ｃｏ≤１.０ｍｇ／Ｌ的排放要求。

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