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(yè)生產(chǎn)過程中，特別是電鍍行業(yè)會產(chǎn)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(jīng)過適當處理直接排入水體，會給環(huán)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(chǎn)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(fā)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(wěn)定達標排放等問題。

電絮凝是一種對環(huán)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(fā)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(xù)處理簡單，并且隨著電化學學科和電力工業(yè)的發(fā)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(jù)。

1 試驗部分

1.1 廢水性質(zhì)

廢水取自深圳市某電鍍廠電鍍車間，廢水中Cu2+質(zhì)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(wěn)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(diào)節(jié)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(chǎn)生的濃差極化現(xiàn)象，調(diào)整電壓、電流值。通過計時，在相同的時間內(nèi)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(zhì)量濃度[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始p H值的影響

當pH=6.0時，溶液中出現(xiàn)大量藍色絮體，此時溶液中的Cu2+經(jīng)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(diào)節(jié)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(jié)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(nèi)，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(xiàn)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(fā)生了氧化還原反應，生成了一層紅銅色物質(zhì)。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?yōu)榘邓{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(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)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(diào)節(jié)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(jié)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(nèi)時，電絮凝對Cu2+的去除率逐漸增大，這說明在一定時間內(nèi)，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(jié)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(jīng)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(jié)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(xù)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(chǎn)生的絮凝劑和OH－越多，電絮凝對Cu2+的去除越好；后期繼續(xù)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(jié)論

（1）電絮凝法處理電鍍行業(yè)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(fā)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(yè)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(huán)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(huán)保局．水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）[M]．北京：中國環(huán)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．