电絮凝法处理含重金属冶炼废水工艺研究高盟

2016年 10月下 世界有色金属15收稿日期：作者简介：工业化的迅速发展使大量的重金属废水排放到环境中，重金属废水中主要存在汞、锡、铅、铬、镍、砷等生物毒性显著的元素，2012年正式实行的《铅、锌工业污染物电絮凝法处理含重金属冶炼废水工艺研究高盟1,2，陈雪云1,2，张天芳1,2，李迪汉1,2，罗羽裳1,2，杨凌云1,2摘 要：关键词：中图分类号：文献标识码：文章编号：ResearchonElectro-CoagulationfortheTreatmentofHeavyMetalFromSmeltingWastewaterAbstract：Keywords：排放标准GB25466—2010》对外排水中重金属离子等含量提出了更高的要求，随着环保要求提高，目前的低浓度重金属废水处理技术根本不能满足企业的需求。因此，外排废水达标排放关乎着企业的生存，也成为冶炼企业急迫解决的一大难题。目前，已开发应用的重金属废水处理方法主要有化学沉淀法、生物法和电化学法等。20世纪60年代初期，随着电Meng Gao1，2, Xuyun Chen1，2, Tianfang Zhang1，2, Dihan Li1，2, Yushang Luo, Lingyun Yang1，21，2世界有色金属 2016年 10月下16力工业的迅速发展，以及环境污染问题越来越受到关注，电化学法重新引起人们的注意。电化学技术开始广泛应用于金属回收、处理有机污染物、悬浮颗粒、各种工业废水和生活废水中去除油脂以及其他各种废水的处理。1 电絮凝技术工作原理电絮凝的理论基础电絮凝一个复杂的过程，在电场的作用下金属电极产生阳离子在进入水体时包括许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体包括三个连续的阶段：（1）在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”——铁或铝的氢氧化物；（2）水中悬浮的颗粒、胶体污染物在絮凝剂的作用下失去稳定性；（3）脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。电絮凝以Al或Fe作为阳极,电极溶解产生混凝剂，其过程如下：（1）对于Al作阳极：阳极：Al-3e→Al3+在碱性条件下：Al3++3OH-→Al（OH）3在酸性条件下：Al3++3H2O→Al（OH）3+3H+（2）对于Fe作阳极：Fe-2e→Fe2+碱性条件下，Fe2++2OH-→Fe（OH）2在酸性条件下，4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-由于电絮凝过程中电解反应的产物只是离子，不需要投加任何氧化剂或还原剂，对环境不产生或很少产生污染，被称为是一种环境友好水处理技术。电絮凝法具有很多的优点，如：设备简单，占地面积少，设备维护简单；电絮凝过程中不需要添加任何化学药剂，产生的污泥量少，且污泥的含水率低，易于处理；操作简单，只需要改变电场的外加电压就能控制运行条件的改变，很容易实现自动化控制。2 电絮凝技术在处理重金属废水中的工艺研究2.1电絮凝技术的研究现状和发展方向目前电絮凝法技术广泛推广应用需要解决高能耗、高成本、极板純化等问题，当前主要的研究发展方向和趋势有以下几个方面：（1）对电絮凝工艺技术通过工艺参数和条件的完善来最大程度表现电絮凝法的处理效率和电能利用效率。（2）从供电方式上解决极板钝化和提高电流效率是当前的研究方向之一。（3）研究新型电极材料,用新型电极材料具有耐腐烛、导电性能好、寿命长,不需更换电极等优点来弥补现有可溶性阳极的缺点，从而在提高处理效率、降低能耗和运行成本。（4）电解槽构型的改进,用不同形状的电解槽来解决目前流体传质不好的缺点,增加其流体传质,使液体充分瑞动,从而减少了重金属去除所需要的去除时间,减少了图1 电絮凝实验工艺流程图图2 实验装置示意图处理成本。（5）电絮凝法与其他方法的结合技术是目前的研究热点,主要是通过其他方法来弥补电絮凝法的不足,或是通过电絮凝法来进一步强化其它技术的处理效果。结合方式有几种,一种是多种方法的串联,一种、两种或两种以上方法的有机融合,或是串联和融合同时在工艺流程中使用。2.2电絮凝处理重金属废水工艺根据相关资料，我们设计了电絮凝处理重金属废水的工艺，如图1。重金属废水经过栅拦去除大的杂物，进入集水池沉砂均化水质，然后调整pH=7~8，控制合适电压电流进2016年 10月下 世界有色金属17行电絮凝，出水再曝气反应30分钟左右，混凝沉降后压滤，滤液达标排放。2.3电絮凝处理重金属废水实验装置示意图和实物图电絮凝处理重金属废水实验装置示意图如图2。2.4电压电流实验我们根据资料确定了电絮凝处理条件实验流程，首先调节重金属废水pH到9，再通以不同的电压及电流，反应40分钟后，再曝气反应30分钟，然后过滤取样分析检测重金属含量。通过调节不同的电压及电流，我们考察了电絮凝法对废水中的重金属除去效果，实验结果如表1、图3和图4。从实验数据分析，电压越高，处理后废水Pb、Zn含量越高，从实用角度考虑，选择电压2V最佳。处理后水样除As以外基本达标，具体见图3和图4。从图3和图4中我们可以看出，电压上升，废水中的铅、锌呈上升趋势，这是因为其先絮凝，后形成羟基络合而重新溶解，所以去除效果先上升后下降，所以所以采用2V/1.5A的条件最佳。2.5电絮凝处理某铅锌冶炼企业总废水实验确定好电压电流后，我们对某铅锌冶炼企业总废水进行了试验研究，试验采用图1工艺流程，取500ml均化废水，用石灰调节pH到8-9，电絮凝反应40分钟，然后曝气反应30分钟，加入1mlPAM，沉降过滤，滤液取样分析。试验结果如表2。从表2中数据来看采用石灰中和加电絮凝法处理重金属总废水，能做到重金属稳定达标的水平。2.6电絮凝处理某铅锌冶炼企业污酸实验实验分别控制pH为6、7、9、10、11进行了电絮凝实验，采用石灰作为中和剂，电压控制2V，电流1～1.5A，通电时间为40分钟，曝气反应30分钟。实验数据如表3。从实验的过程中发现Cd的去除效果在pH＝9到11差别不大，均能达到很好的处理效果，并且pH在6到8之间上升的特别快，在9到11之间基本保持不变，Cu、Pb、Zn的去除效果在pH达到9之后去除效果基本不发生变化。从表3中实验数据分析得知，在考虑成本及效果最佳优化的条件下控制电压2v/1A，pH＝9时电絮凝能有效处理污酸中的Pb、Zn、Cd、Cu、Hg，但在pH7时As不能稳定达标，表1 电絮凝处理废水电压电流条件实验数据表   （单位：mg/L）实验条件PbZnCdCuAsHg原水0.651301.12.485.910.07标准1.02.00.10.50.50.032.5v/2A0.170.390.10.1----2.5v/1.5A0.240.130.10.1----3v/1.5A0.310.210.10.1120.0054v/2.6A0.410.60.10.135.910.0095v/4A0.150.450.10.116.130.0062v/1.4A0.10.200.10.10.0140.002图3 电压与铅的脱除效果图图4 电压锌的处理效果图世界有色金属 2016年 10月下18当pH到9时As可以做到达标。3 结语（1）本文通过运用电絮凝的方法来处理低浓度的重金属废水,从表1的数据来看极板电压为2V,极板间距为0.8cm,电解时间为40分钟,并进行pH=9的曝气处理得到最佳实验条件,尤其对于铅和锌来说,电压控制在2V的时候，铅和锌的处理效果做好。（2）通过对株冶总废水的处理实验可以看出石灰中和加电絮凝法处理重金属总废水，能做到重金属稳定达标的水平。经过石灰预处理的废水中，Cd和Cu含量已经基本达到了排放的标准，但其他元素处理效果不佳。继续对石灰处理后的废水采用电絮凝法进行处理，As和Hg元素会得到很好的去除，Pb和Zn的处理结果业相当可观。（3）通过电絮凝处理某铅锌冶炼企业总废水实验可以看出pH值的控制对实验的处理效果有很重要的影响，当pH控制在9时As可以做到达标，其他元素的处理效果业最好。             表3 电絮凝处理污酸实验数据表         （单位：mg/L）实验条件PbZnCdCuAsHg原水171640308.4119.73.14标准1.02.00.10.50.50.032v/1A00.850.10.124.540.00762v/1A0.150.170.10.10.390.00762v/1A0.350.380.10.10.450.00532v/1A0.390.380.10.10.810.00672v/1.5A0.240.380.10.10.560.00542v/1.5A0.340.652v/1A2v/1A0.530.00382v/1A0.160.452v/1A2v/1A0.560.0028           表2 电絮凝处理冶炼总废水数据表      （单位：mg/L）实验条件PbZnCdCuAsHg原水10.651301.12.485.910.07标准1.02.00.10.50.50.032v/1.4A0.10.200.10.10.0140.0022v/1.5A0.270.300.10.1----2v/1.5A0.210.150.10.10.0250.006原水21.112700.440.20140.0222v/1.5A0.181.20.10.10.310.0092v/1.5A0.131.50.10.10.0130.0052v/1.5A0.210.900.10.10.0140.002[1] 张景来,王剑波,常冠钦等.冶金工业污水处理技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社,2003.[2] 边立槐,翟茹岭.冶金废水悬浮物分析中需要注意的几个问?[J].天津冶金,2006,4： 49.[3] 钱小青,葛丽英,赵由才.冶金废水处理与利用[M].北京：冶金工业出版社,2008.[4] SADOWSKI. Effect of biosorption of Pb（II）,Cu（II） and Cd（II） on the zetapotential andflocculation of nodardiase [J]，Minerals Engineering，2001,14： 547-550.