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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(yè)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(tǒng)、肝臟、腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多處系統(tǒng)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(tài)安全帶來極大危害。水體重金屬污染業(yè)已成為全球最嚴重的環(huán)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(fā)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(yōu)點,是一種環(huán)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(yōu)化了初始pH、極板間距、電流密度、反應時間等參數(shù)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(zhì)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(nèi),間距為20mm。污水通過磁力泵進行循環(huán),污水進入后開始循環(huán),通電后調(diào)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(diào)節(jié)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(zhì)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(wěn)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(yè)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(nèi),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(wěn)定。這是由于電流密度越大,陽極板間產(chǎn)生的Al3+越多,陰極板產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)Ni和Co的去除率顯著增長,反應時間在4-10min內(nèi)Ni的去除率增加趨于穩(wěn)定,4min時Ni的去除率已達到99.91%。4-10min內(nèi)Co的去除率緩慢提高,8min時達到99.95%,之后趨于穩(wěn)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(chǎn)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(nèi),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(yè)污染源排放標準》中Ni≤0.5mg/L、Co≤1.0mg/L的排放要求。