電絮凝-生物吸附法處理電鍍廢水的研究

黃小兵， 張海濤， 呂艷純， 陳紅輝， 楊基峰， 陳亞超

（1.湖南文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 常德415000；2.安陽文峰缸套有限責(zé)任公司，河南 安陽455000；3.東莞丹化化工貿(mào)易有限公司，廣東 東莞523073；4.常德力元新材料有限責(zé)任公司，湖南 常德415001；5.鄭州磨料磨具磨削研究所，河南 鄭州450001）

0 前言

隨著電鍍工業(yè)的快速發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，目前電鍍廢水治理已進(jìn)入清潔生產(chǎn)工藝、總量控制和循環(huán)經(jīng)濟(jì)整合階段，資源回收利用和閉路循環(huán)是發(fā)展的主流方向［1］。

由于電鍍廢水水質(zhì)比較復(fù)雜，通常含有多種重金屬離子，為了達(dá)到更好的處理效果，常將幾種工藝組合以確保出水達(dá)標(biāo)排放，如離子交換-電解組合工藝、混凝沉淀-膜處理組合工藝等。但這些工藝目前均存在運(yùn)行成本高、對低濃度廢水處理不徹底等缺陷。而生物吸附技術(shù)具有處理效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具前景的處理方法，其處理對象為低濃度重金屬廢水；電絮凝技術(shù)則具有快速、易控、所需化學(xué)物質(zhì)少、處理效率高和污泥產(chǎn)生量少等優(yōu)點(diǎn)，其處理對象為高濃度電鍍廢水。本研究將兩種方法有機(jī)結(jié)合，有效地解決了混合電鍍廢水的處理問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 廢水性質(zhì)

廢水取自常德某電鍍廠。其水質(zhì)情況為：Ni2＋630mg／L，Cu2＋420mg／L，F(xiàn)e3＋50.5mg／L，總鉻18mg／L，pH值2.46。

1.2 工藝流程

混合電鍍廢水的處理主要采用以鐵作為陽極、不銹鋼作為陰極的電絮凝裝置，同時(shí)結(jié)合以酵母菌為吸附劑的吸附設(shè)備。具體工藝流程為：廢水收集超微過濾工藝調(diào)整電絮凝生物吸附金屬脫附。

2 結(jié)果與討論

2.1 酵母菌吸附參數(shù)的優(yōu)化

自然界中可以用作生物吸附的原料非常廣泛［2-3］。目前的生物吸附實(shí)驗(yàn)主要集中在廢物原料和海洋藻類生物上。菌類對重金屬污染物有一定的抗性和解毒作用，能有效地吸附、轉(zhuǎn)化并回收重金屬［4］。本實(shí)驗(yàn)對不同種類的微生物進(jìn)行對比，通過批處理吸附實(shí)驗(yàn)研究酵母菌對各種重金屬的吸附性能。結(jié)果表明：在低質(zhì)量濃度下（100mg／L以下），經(jīng)酸化處理的酵母菌對重金屬的吸附能力較強(qiáng)，其最大吸附容量為3g／g左右，比常規(guī)菌種的吸附能力更強(qiáng)。因此，最終采用酸化處理酵母。

2.2 電絮凝工藝研究

文獻(xiàn)［5］系統(tǒng)地研究了電絮凝技術(shù)處理廢水的工藝參數(shù)。在研究過程中將電絮凝陽極由鋁板改為鐵板，通過小試對各種參數(shù)（包括電流密度、pH值和電極間距）進(jìn)行了再次優(yōu)化。

2.2.1 pH值對重金屬的去除率

圖1為pH值對重金屬去除率的影響。由圖1可知：當(dāng)pH值為2時(shí)，去除率較低；當(dāng)pH值升至4以上時(shí)，去除率達(dá)到92%以上；當(dāng)pH值調(diào)節(jié)至9時(shí)，去除率略有下降?？傮w而言，pH值在6～8之間，去除率最高。

圖1 pH值對重金屬去除率的影響

2.2.2 電極間距對重金屬的去除率

電極間距直接影響到陰極和陽極間施加的電壓大小，從而影響到電化學(xué)極化的大小。圖2為電極間距對重金屬去除率的影響。由圖2可知：當(dāng)電極間距從2cm升至6cm時(shí)，Ni2＋，Cu2＋和總鉻的去除率均下降。隨著電極間距的加大，電壓升高，整個(gè)電絮凝體系的電化學(xué)極化減小，對溶液中金屬離子的吸附能力降低。因此，比較合理的電極間距為2cm。

圖2 電極間距對重金屬去除率的影響

2.2.3 電流密度對重金屬的去除率

圖3為電流密度對重金屬去除率的影響。由圖3可知：隨著電流密度的增加，去除率逐漸增大；但是當(dāng)電流密度升至4.65A／dm2以上，去除率變化不大。

圖3 電流密度對重金屬去除率的影響

2.3 結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證本設(shè)施的可靠性，對電鍍廢水中Ni2＋，Cu2＋和總鉻的質(zhì)量濃度進(jìn)行為期三天的連續(xù)監(jiān)控，圖4～圖9為監(jiān)測結(jié)果。

圖4 電絮凝前后Ni 2＋的質(zhì)量濃度變化

圖5 電絮凝前后Cu2＋的質(zhì)量濃度變化

圖6 電絮凝前后總鉻的質(zhì)量濃度變化

圖7 生物吸附前后Ni 2＋的質(zhì)量濃度變化

圖8 生物吸附前后Cu2＋的質(zhì)量濃度變化

圖9 生物吸附前后總鉻的質(zhì)量濃度變化

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：雖然Ni2＋，Cu2＋和總鉻的質(zhì)量濃度在電絮凝處理和生物吸附前出現(xiàn)一定的波動，但對后續(xù)處理均未產(chǎn)生明顯的影響。在電絮凝前，Ni2＋，Cu2＋和總鉻的質(zhì)量濃度分別在450～600 mg／L，360～450mg／L和9.8～13.0mg／L之間波動。經(jīng)電絮凝處理后，Ni2＋，Cu2＋和總鉻的質(zhì)量濃度分別下降至65mg／L，58mg／L和1.6mg／L以下。但隨著溶液中金屬離子質(zhì)量濃度的逐漸降低，電絮凝工藝的去除效果不再變化。當(dāng)進(jìn)一步用生物吸附處理時(shí)，Ni2＋，Cu2＋和總鉻的質(zhì)量濃度均降低至0.041mg／L以下，低于電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，排放的廢水完全能夠達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)論

（1）電絮凝在處理高濃度混合電鍍廢水時(shí)，去除率能達(dá)到98%以上，但對于低濃度電鍍廢水的去除率非常低，僅為3%左右。

（2）采用生物吸附處理混合電鍍廢水時(shí)，優(yōu)選工業(yè)廢棄的酵母菌，不僅吸附金屬離子的效果好，而且經(jīng)濟(jì)效益好。

（3）采用電絮凝-生物吸附聯(lián)合工藝處理混合電鍍廢水，能有效地對復(fù)雜電鍍廢水進(jìn)行處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

［1］馮彬，張利民.電鍍重金屬廢水治理技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望［J］.江蘇環(huán)境科技，2004，17（3）：38-40.

［2］胡厚堂，王海寧.生物吸附法處理水體中的重金屬的現(xiàn)狀與展望［J］.新疆環(huán)境保護(hù)，2003，25（4）：22-25.

［3］湯岳琴，林軍，王建華，等.生物吸附研究進(jìn)展［J］.四川環(huán)境，2001，20（2）：12-17.

［4］王保軍，楊惠芳.菌物對重金屬的抗性及解毒作用［J］.微生物學(xué)通報(bào)，1991，18（6）：352-355.

［5］儲金宇，史興梅，杜彥生，等.電絮凝法處理電鍍廢水中Crn＋，Cu2＋，Zn2＋的試驗(yàn)［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，32（1）：103-106.