電絮凝處理含銅廢水的試驗研究

侯筱凡

（深圳市危險廢物處理站有限公司 廣東深圳 518049）

工業生產過程中，特別是電鍍行業會產生大量的含銅廢水，其含銅濃度高達幾十到幾萬mg/L，如不經過適當處理直接排入水體，會給環境帶來極大的危害。水中銅含量達0.01 mg/L時，對水體自凈有明顯的抑制作用；超過3.0 mg/L時，會產生異味；超過15 mg/L時，就無法飲用[1]。目前處理含銅廢水的方法主要有化學沉淀法、電解法、吸附法、電滲析法、離子交換法、蒸發濃縮法、生物處理法等，這些方法雖有一定的成效，但仍然不同程度地存在投資大、處理效率低、可能造成二次污染、治理后的水難以穩定達標排放等問題。

電絮凝是一種對環境二次污染較小的廢水處理絮凝技術。近年來，電絮凝技術已廣發應用于各種廢水的處理[2]，它不但效果顯著，而且設備、操作簡單，占地面積小，無需投加大量化學試劑，污泥量少，后續處理簡單，并且隨著電化學學科和電力工業的發展使得電絮凝用于廢水處理的成本大大降低，競爭力不斷增強[3]。本研究以深圳市某電鍍廠的含銅廢水為對象，對其重金屬銅的去除效果進行試驗研究，以為含銅廢水的治理提供新的方法和理論依據。

1 試驗部分

1.1 廢水性質

廢水取自深圳市某電鍍廠電鍍車間，廢水中Cu2+質量濃度為100 mg/L，廢水pH值為2.15。

1.2 試驗流程及方法

試驗裝置如圖1所示。

圖1 電絮凝反應裝置示意圖

電絮凝實驗裝置為容量為2 L的圓柱形有機玻璃容器，陰極、陽極各為一塊鋁制極板，鋁的純度在95%以上，極板大小為60 mm×1 mm×50 mm，兩塊平行的鋁板垂直地放入容器，用膠木夾固定。電流由恒流恒壓電源控制，穩定電源輸入電壓范圍為0~220 V，輸出電壓為0~30 V，輸出電流為0~3 A。向容器倒入該廠的含銅廢水1500 mL，通過加入配制好的NaOH、HCl來調節水樣的pH，接線后開通電源，通過磁力攪拌器均勻攪拌溶液以防止電解液所產生的濃差極化現象，調整電壓、電流值。通過計時，在相同的時間內對改變實驗條件的不同溶液取樣，采用國家標準檢測方法測定Cu2+的質量濃度[4]。

2 結果與討論

2.1 初始p H值的影響

當pH=6.0時，溶液中出現大量藍色絮體，此時溶液中的Cu2+經測量后只有30 mg/L,因此為了更能說明電絮凝對于Cu2+去除作用，這里實驗的pH只取到6.0，高于6.0的pH不予考慮。為了研究pH對電絮凝除Cu2+的影響，分別調節溶液的pH為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，在電流密度為 4 mA/cm2，極間距為 1 cm，電絮凝時間為30 min的條件下進行試驗測定，結果如圖2所示。

圖2 pH對除Cu2+效果的影響

由圖 2可看出，通電 30 min后，pH=2.0、3.0、4.0、5.0、6.0對應的 pH去除率分別為 15%、54%、82%、97%、94%。在pH=2.0~5.0的范圍內，隨著pH的升高，電絮凝對Cu2+的去除率也增大。而且反應過程中，不同pH下的電絮凝過程有著不同的現象。在pH=2.0時，由于生成的Cu(OH)2在較性條件下無法生成，因此在鋁板上發生了氧化還原反應，生成了一層紅銅色物質。隨著pH的升高，溶液生成的藍色絮凝物越來越多，溶液顏色也由天藍色變為暗藍色，說明溶液中的Cu2+濃度也在一直降低。在pH值為2~4的完全酸性條件下，陰極會產生過多的OH－，電絮凝過程中pH值有所升高，電絮凝對于Cu2+的去除以生成Cu(OH)2共沉淀為主。當pH值在4~8之間時，陽極產生的所有Al3+會形成聚合物（如Al13O4（和Al（OH）3沉淀[5-6]），這些Al的氫氧化物可以通過吸附架橋、沉淀物網捕作用去除廢水中的Cu2+，使重金屬得到有效的處理。通過以上分析可知，電絮凝在電流密度為4 mA/cm2、極間距為1 cm、pH=5.0的條件下，通電30 min，能去除97%的Cu2+，為最高處理效率。因此，最佳初始pH為5。

2.2 電流密度的影響

分別調節溶液的電流密度為 2、4、6、8、10 mA/cm2，在 pH=5.0，極間距為1 cm，電絮凝時間為30 min的條件下進行試驗測定，結果如圖3所示。

圖3 電流密度對除Cu2+效果的影響

由圖3可知，當電流密度在2~6 mA/cm2范圍內時，電絮凝對Cu2+的去除率逐漸增大，這說明在一定時間內，隨著電流密度的增加，導致了絮凝劑和OH－的增加，從而使Cu2+得到有效的去除。在電流密度為6 mA/cm2時，去除率達到了最大的98%。但在電流密度增加至8、10 mA/cm2時，電絮凝對Cu2+的去除率逐漸減小，造成這種情況的原因主要是因為隨著電流密度的增大，加速了鋁極板的鈍化，極板的腐蝕使起電氣浮作用的氣泡變大，對絮凝體的剪切作用越明顯，越易打碎絮體，造成Cu2+濃度升高。綜合考慮，最佳電流密度為6 mA/cm2。

2.3 電極間距的影響

分別改變鋁電極間距為 1、2、3、4、5 cm，在 pH=5.0，電流密度為6 mA/cm2，電絮凝時間為30 min的條件下進行試驗測定，結果如圖4所示。

圖4 電極間距對除Cu2+效果的影響

由圖4可知，電極間距為1 cm時，Cu2+去除率最高，基本上已經被完全去除。隨著電極間距增大，電絮凝對Cu2+的去除率逐漸有少許減小。電極間距大小影響電流，當電極間距小，兩極板間電阻變小，電流強度變大，使絮凝劑和OH－增加，電絮凝處理效果好，但是能耗會大，并且過小的電極間距容易使浮渣堵塞絮凝池，極板間容易造成短路而損壞設備；而電極間距大，雖然能耗小，但是電絮凝效果會較差。綜合考慮，最佳電極間距為1 cm。

2.4 電絮凝時間的影響

在pH=5.0，電流密度為6 mA/cm2，極間距為1 cm的條件下，在不同的電絮凝時間下進行試驗測定，結果如圖5所示。

圖5 電絮凝時間對除Cu2+效果的影響

由圖5可知，初期電絮凝去除速度很快，隨著時間變化，后期去除速度逐漸變緩。當絮凝時間為30 min時，去除率達到最高的98.5%；后面繼續延長電絮凝時間，去除率基本沒有太大變化。主要原因是初期隨著時間延長，極板反應產生的絮凝劑和OH－越多，電絮凝對Cu2+的去除越好；后期繼續延長時間，鋁板容易鈍化，其表面會形成一層疏松的膜層，阻礙鋁電極的溶解，導致去除率變化不明顯。綜合考慮去除效果和能耗，最佳電絮凝時間為30 min。

3 結論

（1）電絮凝法處理電鍍行業的含銅廢水效果顯著，能耗低，設備、操作簡單，電絮凝對Cu2+的去除率最高能到98.5%。

（2）電絮凝對廢水中Cu2+的去除效果與溶液初始pH、電流密度、電極間距、電絮凝時間等因素有關。綜合能耗、實際操作條件等因素，電絮凝法處理含銅廢水的最佳工藝條件是：初始pH=5.0，電流密度為6 mA/cm2，電極間距為1 cm，處理時間為30 min。

（3）通過改進工藝以提高電絮凝法的處理效率和降低能耗，是當前該技術的發展方向。隨著電化學的不斷深入研究，電絮凝在廢水處理中將會有更廣泛的應用。

[1]涂錦葆．電鍍廢水治理手冊[M]．機械工業出版社，1989．

[2]馮俊生，許錫煒，汪一豐．電絮凝技術在廢水處理中的應用[J]．環境科學與技術，2008，31(8)：87-89．

[3]宋均軻，錢斌．電絮凝技術在水處理中的應用[J]．廣州化工，2011，39(14)：40-41,95．

[4]國家環保局．水和廢水監測分析方法（第四版）[M]．北京：中國環境科學出版社，2002：344-399．

[5]Kobya M,Hiz H,Senturk E,etal．Treatment of potato chips manufacturing wastewater by electrocoagulation[J]．Desalination，2006，190(1/2/3)：201-211．

[6]Mouedhen G,Feki M,De Petris Wery M,etal．Behavior of aluminum electrodes in electrocoagulation process[J]．Journal of Hazardous Materials，2008，150(1)：124-135．