电絮凝去除废水中重金属影响范文

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《装备环境工程杂志》2014年第三期

1方法

研究的工艺流程如图1所示，实验装置的处理量设计为1m3/h，在配水槽配制模拟废水(投加重金属，采用曝气搅拌，同时投加碱适当调节pH值)。随后经铁电极电絮凝法处理，出水进行曝气氧化，将电化学反应产生的二价铁氧化为三价铁，然后进入絮凝槽，槽内投加PAM絮凝剂，用于增加絮体尺寸，以提高后续出水沉淀效果，最后经沉淀得到清水。电絮凝设备中阴极与阳极均选择为铁极板，极板间距设计为14mm。取清水和配水槽出水分别作为处理出水与原水。总铅、总锌、总铜、总镍、总镉及总铬测定方法参考《水和废水监测分析方法(第四版)》。

2结果与讨论

2．1pH值对处理效果的影响调节电解槽内电流密度恒定为10．2A/m2，进水各重金属质量浓度均控制在20mg/L，处理时间控制在3min，进水电导率控制在1500～2000μs/cm时，不同pH值条件下的处理效果如图2所示。由图2可知，总体而言，随着pH值的逐渐增大，各重金属离子的去除率不断提高，电絮凝过程产生的微絮体主要是高价金属的羟基化合物，较高的pH值对微絮体的生成有利，从而处理效率更高。当pH值在7．0～9．5之间变化时，总铬的处理效果理想(去除率稳定在99．5%以上)，且受pH值的影响很小。这可能是因为进水中总铬主要以六价铬形式存在，经过电解还原形成三价格，在较低pH值条件下也能有较高的去除率［15］。总铅、总镍、总铬的去除率随pH值的变化较大，这可能与金属氢氧化物的溶度积有关。从图2中还可看出，当进水的pH值高于8．5时，各重金属离子的处理率均理想，因此在处理含多种重金属离子的废水时，应尽量将进水pH值调节至8．5～9．0;当处理含单一重金属污染物时(如含六价铬废水)，可根据进水重金属浓度情况，适当选择较低的进水pH，可减少pH调节药剂用量，降低运行成本。

2．2电导率对处理效果的影响当电流密度为10．2A/m2，重金属进水质量浓度为20mg/L，处理时间为3min，进水pH值为8．5～9．0时，电导率对重金属离子去除率的影响如图3所示。能耗及槽电压随电导率的变化趋势如图4所示。从图3可以看出，电导率对电絮凝装置的处理效果影响不大，但它是电絮凝处理技术的一项重要参数。从图4可以看出，恒流输出条件下，电絮凝设备的功耗和槽电压随电导率的增大而不断降低。试验条件下，当进水电导率低于2000μs/cm时，槽电压降低至10V以下，能耗降低至0．4kW•h/t以下。维持过高的电导率可能会导致加药量增加，运行成本上升，同时槽电压降低使电解氧化还原作用减弱。综上所述，在实际的运行操作过程中，要综合考虑药剂成本、电价及能耗。通过研究结果，建议电絮凝用于处理重金属废水时，进水电导率宜控制在1500～2000μs/cm。

2．3停留时间对处理效果的影响控制电解槽内电流密度为10．2A/m2，各重金属进水质量浓度为20mg/L，进水pH值为8．5～9．0，电导率为1500～2000μs/cm时，废水停留时间对处理效果的影响结果如图5所示。由图5可知，停留时间对不同重金属离子的去除率影响略有不同，但处理效果随停留时间的大致变化趋势是一致的，随着处理时间的延长去除率不断提高。当处理时间达到2～4min时，处理效果基本都达到最佳状态。废水在电絮凝装置中的停留时间不宜过长，否则将造成设备体积的增大。从电絮凝设备对多种重金属离子的处理效果来看，停留时间为3～4min时能保证处理效果，同时也能满足大规模的生产应用。

2．4废水初始浓度对处理效果的影响当电流密度为10．2A/m3，进水pH值为8．5～9．0，停留时间3min，电导率为1500～2000μs/cm时，不同废水初始浓度条件下，电絮凝设备的处理效果如图6所示。从图6可以看出，在电流密度恒定为10A/m3的条件下，对各重金属的去除率随废水初始浓度的增大而逐渐降低。对不同种类重金属的影响有所差别，对总铬的去除率影响尤为明显，在重金属质量浓度超过20mg/L时，对总铬的去除率低于60%，这可能是电解还原作用不够，部分铬未被还原为三价铬的缘故。较高浓度条件下，对其他重金属的去除率也低于90%。当进水的重金属离子浓度较高时，要达到理想的出水水质，可通过提高电流密度的方式实现，但与此同时能耗增大。因此，电絮凝技术更适用于重金属废水的深度处理，对于高浓度重金属废水，应先进行预处理，再进行电絮凝处理，在保证处理效果的同时可尽量降低运行成本。

2．5电流密度对处理效果的影响当进水中各重金属质量浓度为30mg/L，进水pH值为8．5～9．0，电导率为1500～2000μs/cm，留时间为3min时，考察了电絮凝装置的电流密度对处理效果及电极损耗的影响，结果如图7、图8所示。由图7可知，当进水各重金属离子质量浓度为30mg/L时，电流密度对不同的重金属离子的处理效果有所区别，但处理效果随电流密度的提高变化趋势均为升高，且当电流密度为16．5A/m2时，处理效果均达到最佳状态，继续提高电流密度对去除率的提升并不明显。因此最佳电流密度取值范围为13．2～19．8A/m2。电流密度是电絮凝处理设备的一项重要参数，从图8可以看出，随着电流密度的升高，极板的消耗速率也不断提高，在电流密度为15～20A/m2时的极板消耗速率为16～24g/(m2•h)。电流密度对金属极板溶出量(高价金属离子)具有决定性的影响，从而影响微絮体的形成量(微絮体主要为高价金属离子的羟基化合物)，对重金属处理效果影响较大。从图7还可以看出，电流密度不宜过高，当电流密度升高至一定范围时，其处理效果随电流密度的升高并没有明显的变化，但与此同时电能损耗与极板消耗依然在增加。因此应根据废水的具体情况，选择合适的电流密度，不仅可保证处理效果，同时可在一定程度上降低能耗与极板消耗。

3结论

电絮凝法能有效处理含多种重金属污染物的废水，特别适用于含重金属废水的深度处理，通过试验研究发现:1)在一定范围内提高pH值可明显提高处理效果，但不宜过于提高进水pH。在处理含多种重金属离子的废水时，最佳进水pH值范围为8．5～9．0。2)电导率对电絮凝装置的处理效果影响不大，但恒电流密度条件下，电絮凝设备运行功耗和槽电压随电导率的增大而降低，因此本试验电导率的最佳值为1500～2000μs/cm。3)本试验条件下，处理效果随处理停留时间的延长而增强，但超过3min则变化不明显。在同时处理多种重金属时，宜控制处理停留时间为3～4min。4)在进水浓度条件下，处理效果随电流密度的增大而增强，过高的电流密度并不能使得处理效果得到进一步提升，反而会增加电能损耗与极板消耗。本试验条件下，最佳电流密度选择为13．2～19．8A/m2。5)电絮凝处理技术宜用于含重金属废水深度处理，进水重金属废水浓度应控制在20mg/L以内。对于高浓度重金属废水，应先进行预处理，再进入电絮凝处理，以保证处理效果并降低成本。

作者：熊道文熊珊陈湘斌虞少嵚王合德单位：中南勘测设计研究院水处理湖南省工程研究中心