微電解技術在含銅廢水中的應用

文_葉巧苑 廣州巨邦環保工程設備有限公司

鐵碳微電解( micro-electrolysis)技術, 又稱為鐵炭法、鐵屑法、內電解、鐵還原等技術,是被廣泛研究與應用的一種廢水處理方法。

1 鐵碳微電解技術去除銅離子的原理及說明

“微電解法”主要是用特制的催化鐵碳一體化材料為填料，利用原電池原理將廢水中的重金屬離子去除。反應方程式為：

該工藝利用鐵碳復合微電解技術，由鐵釋放電子，銅離子得到電子，發生化學反應，生成銅單質，沉積在鐵碳復合微電解材料表面，銅離子得以去除。

根據化學反應原理，鐵可以迅速置換銅離子，沒有逆反應發生。銅沉積在鐵碳復合微電解材料表面，與水分離，可定期回收金屬銅。微電解反應將消耗填料，可視實際消耗量定期補充投加。采用反沖洗可將填料間截留的懸浮物沖洗出來，最終排至沉淀槽沉淀，防止堵塞，保證系統穩定運行。

2 微電解和混凝實驗

2.1 采樣及樣品保存

2.1.1 采樣點及采樣次數

在現有的調節池設定一個監測點，于第1～4天的10：30、14：30以及18：00這幾個時間段為采樣時間點，進行了為期4天，共12次的取樣。

2.1.2 樣品采集及保存

在調節池固定的采樣點于固定的采樣時間，將采水瓶沉沒到水面表層以下0.5m，待3～5min后,將瓶提出水面，瓶內水樣倒入保存瓶待用。根據實驗要求，保存瓶選擇體積為2L的飲料瓶，待保存瓶內裝滿水之后，密封放入加有冰塊的泡沫箱內，運回實驗室。將所采集的水樣編號，放入低于4℃的冰箱內保存，并在24h內對水樣中的銅含量進行監測。

2.2 微電解和混凝實驗

2.2.1 微電解和混凝實驗步驟

①直接微電解。每天分別從已取的各時段調節池廢水水樣中取樣1000ml，測pH值約為4，將這1000ml水樣分成等量3份，然后進行微電解反應，分別搖晃攪拌10min、20min、30min，分別倒出相應反應時間后的水樣200ml，經沉淀取上清液測定銅離子濃度及PH值。

②直接微電解然后混凝。取以上步驟分別倒出相應反應時間后的水樣200ml，經沉淀取上清液測定銅離子濃度，調節pH值在8～9之間，投加適量PAC及PAM，進行沉淀后分別取上清液測銅離子濃度及pH值。

2.2.2 Cu的測定

銅的測定采用火焰原子吸收分光光度法，在此不再闡述。

2.3 微電解和混凝實驗結果及分析

直接微電解和直接微電解然后混凝得到的水樣進行Cu離子濃度和pH測定，結果列于表1。從表1中可見，隨著微電解反應時間的增加，Cu離子的去除效率提高；直接微電解然后混凝去除效率進一步提高。反應時間10min左右，去除效率約15%，經混凝沉淀后去除效率約50%時；微電解反應20min左右時，去除效率約50%，混凝沉淀后去除效率達70%；反應時間在30min后，去除效率可以達到99%以上，經加藥混凝沉淀后基本可以達標。

表1 直接微電解和直接微電解然后混凝得到的水樣的Cu離子濃度 單位：mg/L

通過實驗，可采用鐵碳微電解法結合現有的工藝去除該線路板廠的含銅廢水中的銅離子，經試驗確定最佳運行條件是pH在3～4之間，停留時間大于等于30min。

3 工程應用

根據建設方提供的資料，本方案確定廢水進水pH 3～4，Cu2+濃度110mg/L。每天來水量為2000m3/d，設計廢水處理規模2000m3/d，按20h連續運行方式設計，即100m3/h。外排廢水執行《廣東省地方標準水污染物排放限值》（DB4426-2001）第二時段表2總銅執行一級標準，總銅濃度≤0.5mg/L。根據從工廠采水樣并進行微電解和混凝實驗得到的含銅廢水的處理工藝參數的結果進行設計，進行工廠的實際工程應用。

3.1 原污水治理系統處理工藝流程及說明

3.1.1 原污水治理系統處理工藝流程圖（圖1）

圖1 原污水治理系統處理工藝流程圖

3.1.2 原污水處理系統處理工藝流程說明

含銅廢水經過收集系統送入調節池后，在調節池內進行均質均量，然后由泵入混凝池調節pH至8～9，然后進入混凝絮凝反應池內，在PAC、PAM的作用下混凝進行破乳、絮凝成大塊的絮狀體，以便提高沉降效果。再進入平流式沉淀池進行泥水分離后進入砂炭過濾器進行過濾。

3.2 改造后污水治理系統處理工藝流程及說明

依據微電解及混凝實驗結果，需在現有的污水處理系統中增加鐵碳微電解系統。結合該廠實際情況，經過反復驗算，將現有的調節池隔出三個部分，一部分仍作為調節池使用，一部分作為鐵碳微電解反應系統，一部分作為緩沖池由泵送至現有的污水處理系統中。含銅廢水經過收集系統在調節池內進行均質均量后，被泵入鐵炭微電解反應池，通過一定的反應時間將銅離子還原；出水進入緩沖池，泵入原有的中和池調節pH至8～9，經原有混凝反應池出水進入原有的沉淀池進行泥水分離，處理后清水排放，鐵碳微電解反應池內設曝氣進行反沖洗，防止鐵碳板結。工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后污水治理工藝流程圖

3.3 處理效果

在增加鐵碳微電解系統后，污水處理效果均能達到要求，且處理系統較穩定，所選取的工藝非常適用于該線路板廠含銅廢水的處理，具體運行效果見表2。

表2 工程實際運行效果

4 結語

通過該廠鐵碳微電解技術的實際應用，且通過對水體中總銅的連續監測，得到了以下結論：鐵碳微電解技術對于處理含銅廢水在進水pH在3～4，反應時間大于30min的情況下具有良好的處理效果，在今后的含銅廢水的處理中能得到廣泛的應用。