铝炭微电解对含铜、镍电镀废水的处理实验研究

2018-03-24 07:36:08 青州谭福环保设备有限公司 12

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30min减少到15min;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。

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+27.35mg/L,Ni2+47.51mg/L,pH为3。

1.2实验材料

自制微电解柱(高800mm,内径60mm的玻璃柱,内装填充料);铁屑(粒径1~5mm)、铝屑(粒径1~5mm),取自某铸铁厂废屑;颗粒活性炭(粒径1~5mm)。

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10min,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:先用自来水对颗粒活性炭进行冲洗,再将其在实验废水中充分浸泡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90min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。

微电解|芬顿氧化塔|芬顿反应器|谭福环保

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。

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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﹥30min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﹥15min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15min,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90min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。

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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15min,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。