管式電絮凝法處理電鍍廢水中的鋅、銅、鎳、鉻

陳秀鵑

昆明金澤實業有限公司，云南 昆明 650109

采用電絮凝法去除電鍍廢水中重金屬離子的研究與應用中，電絮凝反應設備多為槽式反應器板式電極，而文章采用管式反應器鐵棒電極對綜合電鍍廢水中的鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子去除率進行了試驗研究。試驗的反應器為不銹鋼或玻璃鋼管式外殼，電極為鐵棒。電絮凝反應器中鐵棒采取梅花形布置，可有效減小鐵棒間距，增加其比表面積，降低電壓和能耗。管式電絮凝反應器采用大流量循環泵連接循環反應桶，使原水在一定時間周期內循環進行反應。循環泵可大幅度提高水流速度和水流湍動度，強化水力沖刷和攪拌，減輕電極極化和鈍化。

1 試驗方法

試驗分兩批次進行，試驗水樣為成都某電鍍廠（濃度相對高）、昆明某電鍍廠（濃度低）兩個不同電鍍生產工藝產生的含鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子的綜合廢水。試驗設備各項參數：循環反應桶容積為50L，電絮凝反應器為長度1100mm、直徑110mm的不銹鋼外殼，內部電極為20根φ12mm的鐵棒，循環水泵Q=3m3/h、H=12m、N=0.55kW，電解電源為電流0～300A、電壓0～24V的可調開關電源。試驗步驟：取一定量廢水于循環反應桶內，開啟循環水泵對電絮凝反應器進行沖洗，防止反應管內堵塞，防止電解液產生濃化極差現象；開啟電解電源，在穩壓條件下，調節電流到所需值；開始計時，根據設定的試驗時間間隔，每次取500mL水樣沉淀后取上清液用電感耦合等離子體發射光譜儀分別測定樣品中鋅、銅、鎳、鉻等重金屬離子的重量及濃度，并計算其去除率。成都電鍍廠原水水質情況為總鋅178mg/L、銅4.79mg/L、總鎳35.5mg/L、總鉻120mg/L，pH值為3.5；昆明電鍍廠原水水質情況為總鋅62mg/L、銅3.1mg/L、總鎳1.53mg/L、總鉻3.59mg/L，pH值為4。

2 試驗結果與影響因素分析

2.1 電流密度對重金屬離子去除率的影響

對成都和昆明兩個電鍍廠的水樣分別進行試驗，原水pH值為3～4，在反應時間為25min，所取樣品靜置5min后取上清液的條件下，不同的電流密度對各重金屬離子的去除率如圖1、圖2所示。

圖1 電流密度對重金屬離子去除率的影響（成都水樣）

圖2 電流密度對重金屬離子去除率的影響（昆明水樣）

由圖1和圖2可知，隨著電流密度的不斷增加，兩種廢水中的重金屬離子的去除率都在不斷地增加，當電流密度分別達到180A/m2和140A/m2時，兩種廢水中各類重金屬離子的含量已經很低，均達到了一個很高的去除率，已能滿足現行國家相關排放標準要求。綜合分析兩種廢水在此電流密度下的處理成本，均處在可接受的范圍內，其中成都水樣最佳電流密度為180A/m2，昆明水樣最佳電流密度為140A/m2。

另外，電絮凝反應過程中顯示，在設定的電流密度下，反應時間在5min時即可看到反應桶內有明顯的絮體產生，且絮體由小逐漸變大；約15min，原溶液呈現的淡藍色或淡黃色瞬間褪色，反應桶內混合液間隙水變得很清澈，絮體狀大，沉降快速；20min后絮狀體增加不顯著，基本達到平衡狀態。

2.2 反應時間對重金屬離子去除率的影響

對成都和昆明兩個電鍍廠的水樣分別進行試驗，原水pH值為3～4，在電流密度為180A/m2和140A/m2，所取樣品靜置5min后取上清液的條件下，不同的反應時間對各重金屬離子的去除率如圖3、圖4所示。

圖3 反應時間對重金屬離子去除率的影響（成都水樣）

圖4 反應時間對重金屬離子去除率的影響（昆明水樣）

由圖3和圖4可知，反應時間從10min到30min，設備對各類重金屬離子的處理效率變化趨勢明顯，當反應時間達到25min時，各類重金屬離子的去除率達到了最佳狀態，廢水中各重金屬離子的濃度已非常小，去除率趨于穩定，這主要是因為電絮凝的處理效果達到飽和臨界點，所以盡管反應時間繼續增加，但處理效果并不能無限延長[1]?？紤]到能耗問題，電解時間選25min為宜。另外，當反應時間超過30min，原水溫度增加很快，廢水中有難聞的氣味產生。

2.3 沉降時間對重金屬離子去除率的影響

在電絮凝設備處理電鍍廢水的反應過程中，隨著反應過程的逐步進行，廢水中會產生越來越多的礬花，形成絮體，需要分離絮狀物與水，故在反應完成后，需要對泥水混合物進行分離，在實際工業應用中往往在電絮凝后再進行沉淀池輔助沉降[2-3]。在反應完成后，取出混合水樣，靜置沉降后再取上清液進行水中重金屬含量的測定。通過試驗觀察得知，電絮凝反應完成后產生的絮體粒徑大，結構密實，沉降快速，所進行試驗的兩個水樣均在5min時，所產生的絮體全部得到了沉降，廢水中的重金屬離子以絮凝體的形式被去除。

3 結論

（1）采用管式電絮凝處理原水重金屬離子濃度在一定范圍內的綜合電鍍廢水，在電極間距為2cm的條件下，試驗結果表明，在pH值（未調pH）為3～4、電流密度為140～180A/m2、反應時間為25min、沉降時間為5min時，各類重金屬離子的去除效果最好，去除率達到了98%以上。

（2）試驗表明，將管式電絮凝應用于電鍍廢水中的重金屬處理是可行的，但是電絮凝反應需要很高的電流密度，且需要根據廢水中不同重金屬物質的含量來確定廢水最佳的電流密度。

（3）鐵棒電極屬于消耗性電極，高電流密度的反應條件會使廢水中生成的沉淀物質黏附在電極棒上，造成電極棒失活、堵塞，影響處理效率。電極棒跟電極板一樣，在表面形成氧化膜而鈍化，對電絮凝的處理效果有很大的影響。

（4）為方便管式電絮凝電極的拆卸及更換，反應器封口結構形式的優化設計有待進一步研究。