電絮凝處理電鍍廢水的實驗研究

曾曉丹

摘 要：簡要探討了電絮凝處理電鍍廢水的實驗情況，結(jié)合具體的實驗案例，說明、介紹了實驗材料和方法，詳細闡述并系統(tǒng)分析了實驗結(jié)果，以期能為有關(guān)方面的工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電鍍廢水；電絮凝；重金屬離子；污染物

中圖分類號：X781.1 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.107

一直以來，電鍍廢水的處理都備受關(guān)注，而電絮凝法的應(yīng)用進一步推動了電鍍廢水處理工作的發(fā)展。所謂“電絮凝法”，是利用電的解離作用，在化學(xué)凝聚劑的幫助下，除去廢水中的污染物或?qū)⒂卸疚镛D(zhuǎn)化為無毒物的方法。基于此，本文簡要探討了電絮凝處理電鍍廢水的實驗，相信會對有關(guān)方面的工作有所幫助。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗用水

實驗所用的電鍍廢水取自某電鍍企業(yè)，水質(zhì)情況如表1所示。在實驗過程中，在2～9范圍內(nèi)調(diào)整pH值，在0～30 mg/L的范圍內(nèi)調(diào)整鎳、鉻離子的質(zhì)量濃度，考察水質(zhì)參數(shù)對電絮凝處理效果的影響。

1.2 實驗裝置和方法

電絮凝反應(yīng)槽是用機玻璃加工而成的（10 cm×10 cm×12 cm）。電絮凝的陰極為鐵電極，陽極為鋁電極，規(guī)格為10 cm×10 cm，其所用電源為穩(wěn)壓直流電源。每次實驗時，取0.85 L電鍍廢水于反應(yīng)槽中，以NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)廢水的pH值。在每次實驗中，要分析廢水的pH值和Cr、Ni的含量。

2 結(jié)果

2.1 pH值的影響

采用電流密度為2.0 A/dm2，電解時間為30 min的方法考察廢水pH值對電絮凝效果的影響，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)初始pH值大于4時，電絮凝對鎳的去除效果在電解15 min后可以達到90%以上。在同等條件下，Cr的去除率僅為80%左右。當(dāng)廢水的pH值為4～8時，pH值對Cr的去除效果沒有影響；當(dāng)初始pH值大于8時，Cr的去除率降低到58%，而Ni的去除率則仍保持在90%上；當(dāng)pH值小于4時，2種離子的去除率均小于55%.很多研究指出，當(dāng)pH值小于4或大于8時，會影響電絮凝對污染物的去除效果。究其原因，這主要取決于Al（OH）3的兩性特點，當(dāng)pH值低于4時，鋁離子以Al3+的形式存在；當(dāng)pH值較高時，鋁離子會以Al（OH）4-的形式存在。在這種情況下，鋁離子沒有去除污染物的能力。當(dāng)初始pH值為4～8時，來自陽極的鋁離子會形成Al13O4（OH）247+，并最終以Al（OH）3的形式促進污染物的沉淀。Ni的高去除率主要取決于pH值為6～7時的Al（OH）3的作用。對于鉻，當(dāng)pH值為8～10時，二價鉻離子會轉(zhuǎn)化成可溶鉻（CrO42-）離子，所以，其去除率比較低。

2.2 電流密度的影響

電流密度對電絮凝效果的影響比較大，因為其不僅決定了鋁離子的產(chǎn)生量，還會影響氣泡產(chǎn)生量與氣泡大小。在實驗中，污染物濃度要恒定，且pH值為6.在1～4 A/dm2的范圍內(nèi)調(diào)整電流密度，電流密度與通電量的影響如圖2所示。從圖2中可以看出，金屬離子的去除率會隨著電流密度的增大而增大。當(dāng)最大電流密度為4 A/dm2時，Cr和Ni的最大去除率可達90%以上。這主要是因為，電流密度的增大會使廢水中產(chǎn)生更多的混凝離子與氣體，以保證污染物的去除效果和速率。根據(jù)Faraday定律，鋁離子的產(chǎn)生可以由相關(guān)公式計算出，即：

式（1）中：I為電流密度，A/dm2；t為反應(yīng)時間，min；M為鋁離子或氫氧根離子的分子量，g/mol；z為電子轉(zhuǎn)移數(shù)（Al為3，氫氧根為1）；F為Faraday常數(shù)，96 486 C/mol。

Khosla等的研究表明，氣泡尺寸會隨著電流密度的增大而減小。這有利于污染物的去除。但是，隨著反應(yīng)時間的延長，鋁離子和所需的通電量會增大，通電量只有在較低水平時才能減少處理費用。為了優(yōu)化處理效果，需要優(yōu)化通電量，以取得更好的處理效率。Faraday的計算結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，鎳的去除速率比Cr更快。當(dāng)單位體積電量為9 mF/L時，Ni的去除率在90%以上，而Cr的去除率則需要達到55 mF/L。Holt等人和Adhoum等人的研究表明，當(dāng)電流密度為0.8～4.8 A/dm2時，電絮凝去除Cr時，需要較大的通電量。當(dāng)電流密度比較大時，氣泡強度及其上升速度會增大，并且在氣浮的作用下，會提升絮凝效果。但是，絮凝劑與污染物之間的碰撞會減少。在處理Ni時，通電量基本不受電流密度的影響。

2.3 初始濃度的影響

將Cr和Ni的初始質(zhì)量濃度調(diào)整為5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30mg/L，分別測定初始濃度和反應(yīng)后濃度，結(jié)果如圖4所示。初始濃度越高，電絮凝對污染物的去除效果越差，導(dǎo)致通電量顯著增大。通電量增大會使廢水中的污染物達到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。由此可知，隨著初始濃度的變化，通電量呈線性增長趨勢。這一結(jié)果表明，單位污染物去除所需的Al離子的數(shù)量不受污染物初始濃度的影響。另外，要將鉻污染物去除到一定的水平，需要的通電量比鎳更高，這也進一步證實了電絮凝對鉻的去除效率比鎳更差的事實。因此，要想有效去除廢水中的鉻，就需要更長的電解時間。所以，將鎳的質(zhì)量濃度由30 mg/L降到0.5 mg/L以下，僅需要15 min的電解時間，而將從鉻的質(zhì)量濃度由30 mg/L降到1 mg/L以下，需要近1 h的時間。

3 結(jié)束語

綜上所述，將電絮凝應(yīng)用于電鍍廢水處理中，能有效去除掉電鍍廢水中所含的重金屬離子。這對電鍍廢水的處理有極大的幫助。本文結(jié)合實驗實例闡述了相關(guān)內(nèi)容，為電絮凝處理電鍍廢水的應(yīng)用提供了參考和借鑒。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕