化学与生物工程2008,Vol.25No.8 Chemistry &Bioengineering61 基金项目:广东省科技计划资助项目(2006B36702004)收稿日期:2008-04-01作者简介:黄石峰(1973-),男,广东中山人,工程师,主要从事环保工程的研究;通讯联系人:潘湛昌,博士,教授。
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直流电解法处理电镀综合废水黄石峰1,2,潘湛昌1,陈世荣1,林治顺1(1.广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;2.中山市恒雅环保工程有限公司,广东中山528403) 摘 要:以可溶性铁板为极板恒电流处理电镀综合废水。
结果表明,在初始p H 值为3175、恒电流为112A 、极板间距为18cm 的条件下电解处理电镀综合废水20min ,重金属离子去除效果较好,COD 去除率达到8418%。
在此条件下,处理工业电镀废水效果较好,表明该法具有良好的实际应用价值。
关键词:电解法;电镀综合废水;COD ;重金属离子中图分类号:X 78111 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2008)08-0061-03 电镀是当今全球三大污染工业之一。
电镀废水是全球主要的重金属污染源,如不经处理就直接排放,不仅会造成受纳水体的污染,影响水资源环境,还会造成水资源和贵金属的巨大浪费[1～3]。
现有的处理方法如化学法、生物法、离子交换法、膜分离法等[4～8]均能有效地处理重金属废水,但同时也存在着不足之处,如加药剂量大、废渣量大、操作复杂等。
针对上述问题,作者以直流电解法处理模拟电镀综合废水,具有工艺流程简单、操作方便、无需加药剂、反应时间短、处理能力强等优点,对于工业电镀废水具有良好的实际应用价值。
1 实验111 材料、试剂及仪器配制Cr 6+、Cu 2+、Ni 2+、Zn 2+、Cd 2+浓度为100mg・L -1的溶液,并与ED TA 以1∶1络合,形成模拟电镀综合废水。
实际废水由电镀企业提供。
K 2Cr 2O 7、CuSO 4、NiSO 4、ZnSO 4、CdSO 4、ED TA ,以上试剂均为分析纯。
日立Z 28000型原子吸收分光光度计,P HS 225型酸度计,721型分光光度计,HDV 27C 型晶体管恒电位仪,X J 2Ⅲ型COD TP TN 消解装置。
112 方法将废水置于反应槽中,调节适当的p H 值,以可溶性铁板为极板,在一定的恒电流作用下反应,反应时可变换铁板正负极以防止阳极铁板钝化或撕裂Fe 2O 3钝化膜,调节极板间距以获得适当的电流密度,反应一定时间后停止,以酸度计测定处理液的p H 值,加入适量PAM 絮凝,过滤,清液以原子吸收分光光度计检测其重金属离子浓度。
另取310mL 清液于消解管中,加入适量的掩蔽剂、消化液、催化剂,于COD 消解装置中160℃恒温催化消解25min ,以分光光度计测定其吸光度,根据标准曲线得到COD 值。
2 结果与讨论211 溶液初始pH 值对反应的影响以铁板为工作电极、饱和甘汞电极(SCE )为参比电极、石墨电极为辅助电极,在不同p H 值的电解液中,以恒电位仪对铁板进行扫描,扫描速度为10mV ・s -1,得到极化曲线如图1所示。
图1 铁板的极化曲线Fig.1 Polarization curves of iron plate由图1可知,当反应溶液的初始p H 值大于415时,反应过程中铁板容易产生致密的Fe 2O 3膜而被钝化,从而阻碍反应的顺利进行,因此,溶液初始p H 值应在415以下。
212 COD 去除率的影响因素21211 溶液初始p H 值对COD 去除率的影响调节不同p H 值,对模拟电镀综合废水进行处理,结果见图2。
图2 pH 值对COD 去除率的影响Fig.2 E ffect of pH value on removal rate of COD由图2可知,p H 值为3175时,COD 去除率最高。
这是由于必要的酸度保证了阳极氧化反应的顺利进行,产生的新生态氧[O ]具有强氧化性,可将废水中的有机物氧化,从而达到去除COD 的目的。
而酸度超过一定数值时,COD 去除率反而有所下降,这是由于处理前废水的p H 值过低使得处理后的p H 值相应也较低,而絮凝剂PAM 要求溶液p H 值一般为中性或弱碱性,过低的p H 值影响了PAM 的絮凝效果,因而导致COD 去除率下降。
21212 恒电流对COD 去除率的影响调节p H 值为3175,以不同的恒电流对模拟电镀综合废水进行处理,结果见图3。
图3 恒电流对COD 去除率的影响Fig 13 E ffect of constant current on removal rate of COD由图3可知,随着恒电流的增大,电解效果越好,COD 的去除率越高,当电流大于112A 时,处理效果没有明显的提高,这可能是由于过大的电流并没有使得溶液中新生态氧[O ]浓度增加,富余的[O ]大部分结合成O 2而逸出。
因此从经济方面考虑,选择恒电流为112A 。
21213 极板间距对COD 去除率的影响以不同的极板间距对模拟电镀综合废水进行处理,结果见图4。
图4 极板间距对COD 去除率的影响Fig.4E ffect of distance of pole planks on removal rate of COD由图4可知,随着极板间距的减小,COD 去除率明显提高,但当极板间距小于18cm 时,COD 去除率反而下降。
这是由于过小的极板间距会影响水样的流动,使反应产生的沉淀不流通,影响电解效果,且极板间距太小易造成短路,而过大的极板间距会增大化学电阻。
21214 处理时间对COD 去除率的影响在p H 值为3175、恒电流为112A 、极板间距为18cm 的条件下,对模拟电镀综合废水处理不同时间,结果见图5。
图5 处理时间对COD 去除率的影响Fig.5 E ffect of treatment time on removal rate of COD由图5可知,处理20min ,COD 去除率可达到8418%,处理反应30min 的COD 去除率为8617%,表明延长处理时间,COD 去除率提高并不明显。
因此,从经济方面考虑,最佳处理时间为20min 。
213 重金属离子的去除效果在初始p H 值为3175、极板间距为18cm 、恒电流为112A 的条件下,对模拟电镀综合废水进行处理,结果见表1。
表1 直流电解法对模拟电镀综合废水的处理效果/mg・L-1T ab11T reatment results of simulated electroplating synthetical w astew ater using direct current electrolysis/mg・L-1检测项目处理前处理后15min20min排放标准[9]评价Cr6+10001050102015达标Zn2+10011300103210达标Cu2+10001320102015达标Ni2+10001430103110达标Cd2+10001070101011达标p H值3175613261736～9达标由表1可知,重金属离子均得到很好的去除。
其主要原理是在阴极发生了还原反应而产生新生态H,新生态H具有很强的还原能力,能够将Cr6+还原成Cr3+,Cr3+及其它重金属离子又与溶液中因电解所产生的O H-结合,形成金属氢氧化物沉淀而被除去。
214 实际应用在上述优化条件下,对某企业提供的电镀废水进行处理,20min后的处理效果如表2所示。
表2 直流电解法对工业电镀废水的处理效果/mg・L-1T ab12T reatment results of actu al electroplatingw astew ater using direct current electrolysis/mg・L-1检测项目处理前处理后排放标准[9]评价Cr6+19130102015达标Zn2+1190101210达标Cu2+19130102015达标Ni2+22180113110达标Cd2+5170102011达标p H值212161116～9达标由表2可知,直流电解法处理工业电镀废水,效果较佳,重金属离子得到很好的去除。
此外COD去除率达到7613%,处理后清液达到了国家排放标准。
3 结论(1)溶液的初始p H值是保证反应顺利进行的重要因素,直流电解法处理电镀废水的初始p H值应在415以下。
(2)直流电解法处理电镀综合废水的优化条件为:溶液初始p H值3175、恒电流112A、极板间距18cm、处理时间20min,在此条件下处理工业电镀废水,重金属离子得到很好的去除,COD去除率达到7613%,处理后清液达到了国家排放标准。
表明该法具有良好的实际应用价值。
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