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电解法处理含不同重金属电镀废水

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2019.04.10
信息摘要:
电镀行业是我国国民经济快速发展的重要驱动力之一,它涵盖航天飞行、国防建设、生活生产等方面。在电镀工艺的生产过程中,有大量废水产生,由于电镀的…

电镀行业是我国国民经济快速发展的重要驱动力之一,它涵盖航天飞行、国防建设、生活生产等方面。在电镀工艺的生产过程中,有大量废水产生,由于电镀的特殊性,废水中的重金属含量高、毒性大。


选择操作简单、经济合理的处理方法是将电镀废水变废为宝、合理利用的首要条件。

   目前处理电镀废水的方法可以概括为化学法、物化法与生物法,其中化学法主要包括化学沉淀法、氧化还原法、中和法,物化法主要包括离子交换法、膜分离法、电解法和吸附法,生物法主要是活性污泥法。

   电解法是指电解质溶液在电流的作用下发生电化学反应,从而去除重金属污染物的方法。

  废水在进行电解时,在电流的作用下阴极释放出电子,使废水中的某些阳离子因得到电子而被还原,因此阴极在电解过程中起还原剂的作用;阳极得到阴极失去的电子,使废水中的某些阴离子失去电子被氧化,因此阳极在电解过程中起氧化剂的作用。

   废水中的重金属在电解槽的阴极被还原,产生不溶于水的沉淀,从而降低了废水的毒性,达到排放标准。 

  电解法处理电镀废水时使用低压直流电源,不消耗化学试剂,操作易行,管理方便,是目前电镀废水处理方法中较为成熟的一种工艺,具有良好的发展前景。 

  电解法常用于电解电镀行业产生的重金属废水以回收金属,已经取得了较好的处理效果。 

  本文介绍了三种典型的含重金属电镀废水——含铬废水、含铜废水与含镍废水利用电解法处理的研究进展,通过查找文献对近几年的研究现状进行总结、分析,发现电解法存在的问题并提供相应的建议,以期使工程人员、科研人员对电解法处理电镀废水有新的认识,为实际工程的应用以及科研提供一定的参考。


 1 电解法处理含铬废水

铬是一种变价元素,其化合物以二价、三价和六价的形式存在,毒性强的是六价铬。六价铬被列为对人体危害巨大的8种化学物质之一,对人体具有“三致”作用。

   实验人员采用自制有机玻璃电解槽,以不溶性纯铅为阳极材料,以18—8不锈钢为阴极材料”。试验废水采用模拟废水,设计正交试验来研究电流、电解时间等因素对铬去除的效果。

   试验结果表明,NaCl可以增加溶液的电导率,能够降低阴极极化作用,同时阳极形成PbO,膜,降低阳极极化。当Cr(VI)的浓度为7.8g/L,电流强度为1.4A,温度为15℃时,Cr(Ⅵ)的去除率为99.9%。

   实验人员设计了一个铁极板尺寸为180mm×180mm×15mm的双电极串联电解模拟试验装置,对某厂含铬废水进行电解。结果表明,电解1h后废水能够达到排放标准,处理效果明显。经计算,每处理lm的废水需用电1.2kW/h。

   Fe—Al混合电极中Al电极能够生成具有混凝作用的Al(OH),能够吸附废水中的二价铁离子,同时生成的Fe(OH)可吸附废水中的胶体颗粒而产生沉淀。实验人员利用Fe—Al混合电极的上述优良特性来处理含铬废水0。试验证明,当混合电极中的Fe、Al比例为2:1时,电流密度为0.2~0.3A/dm2,极板间距为10mm左右,经过15min的电解后,可以使污水中的c去除率达99.6%,而且电解处理后的废水静止一段时间后其色度、浊度不发生变化,电解后废水的稳定性较好。

 2 电解法处理含铜废水

电镀业排放的废水中含铜量较高,每升废水达几十到几百毫克。

   实验人员利用交换吸附一电解法处理甘肃省某机械厂含铜废水。 

  研究结果表明,经过交换吸附处理后,废水中铜的含量能够达到国家排放标准,树脂饱和后的再生液进入电解槽中进行电解处理,可以取得良好的处理效果,达到回收铜、减小环境危害的目的。

   实验人员以某企业含铜电镀废水为样品,利用电解法研究了电解时间、电流密度以及进出水浓度等参数对铜离子去除效率的影响,对电极法去除铜离子的经济成本进行分析。 

  结果表明,在电流密度为1.5A/dm,铜离子质量浓度为31.76mg/I,铜离子去除率可以达到98%;铜离子质量浓度为1867.16mg/L,在电流密度为3.0A/din,铜离子去除率可以达到99%。 

   流化床是一种使待处理水呈流态化状态的水处理设备,实验人员自行研发了流化床电解装置对含铜废水进行处理,电解质采用混酸电解质,阳极材料采用钛基二氧化铅。 

  结果表明,流态化介质处于流态化状态,增大了电极与电解质的有效接触面积,从而提高了电流利用效率,取得了较好的环境效益与经济效益。

3 电解法处理含镍废水

电镀行业酸洗工艺生产过程会产生大量的含镍废水,如果处理不当不仅会造成环境的严重污染还会导致大量镍金属资源的流失。

   含镍废水的不合理排放会污染空气、水体、土壤,镍能够在空气中形成具有致癌作用的Ni(CO),镍进入水体后与水结合形成水合离子,严重影响水环境,土壤中的镍会被农作物带走,使作物果实具有剧毒。

   实验人员设计一个尺寸为95mm×75mm×75mm的有机玻璃电解槽,其阴极材料为不锈钢片,阳极材料为钛基镀二氧化铅,并在电解质溶液中加入强酸性阳离子交换树脂来处理含镍废水。 

  结果表明,电解质中加入强酸性阳离子交换树脂作为双相电解质,能够提高电解质的电导,即阴极附近的镍离子浓度,此方法取得了较高的镍回收率。 

   实验人员自行设计有机玻璃电渗析试验装置来研究电渗析电解法回收金属镍,并研究了影响回收效率的影响因素。 

  结果表明,将电解质的pH值控制在5左右时,设定合理的电流密度,可以提高回收金属镍的效率;试验电解质的电流密度可达60%,回收金属镍的纯度可达99.7%。

   实验人员采用自行设计的白下而上为循环室的阴极室、完全封闭的阳极室电解槽,利用脉冲电流的方法处理含镍废水。 

  结果表明,在相同的电解时间内,脉冲电解法的电解效率要高于直流电解法,脉冲电解含镍废水方法明显优于直流电解法。

 4 存在的问题

经过近几十年的发展,电解法广泛应用于电镀行业,但是其本身也存在一定的局限性,主要是电流效率较低及经济不合理。 

  上述两个局限性的存在使得电解法水处理技术的发展受到一定程度的限制,因此需要研究新型电极材料以提高电流的利用效率。

   此外,电解过程中的极化现象是不可避免的,极化现象主要分为两种——浓差极化与化学极化。浓差极化现象导致电解过程效率降低,需要对电解槽进行合理的搅拌,因此研制新型反应器是电解工艺未来发展的一个重要方向。

 5 结语

电镀废水重金属的回收是推进循环经济发展,避免电镀污染转移,从根本上降低污染的重要环节。 

  常规的处理工艺各有特点,但局限性又较大,化学法与物化法存在耗能大、运行费用高等特点;生物法因其菌种的适应性不同,实际工程应用过程中菌种的驯化比较困难,效率低下,易受温度影响。

   电解法在实际电镀废水处理工程中的运用已显示出了巨大的经济效益与环境效益,因此有理由相信,随着现代电化学技术理论和科学研究的逐渐深入,电解法水处理必将得到更广泛的应用。

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