电絮凝法去除电镀废水重金属的研究
摘要：电镀废水是重金属污染环境的主要源头之一，包括重金属离子、含氰废水和高浓度COD等污染物，会危害水、土壤环境及身体健康。本研究通过对比电极间距，溶液pH值，电流强度，电絮凝时间等因素对Cr6+、Cu2+、Ni2+和Zn2+去除率的影响探讨了利用电絮凝法去除电镀废水中重金属的效果。
关键词：电絮凝；重金属；去除率
中图分类号：X781.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0117-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.069
Abstract： Electroplating wastewater is one of the main sources of heavy metal pollution to the environment， including heavy metal ions， cyanide-containing wastewater and high concentrations of COD and other pollutants， which will harm the water environment， soil and health. Electro-flocculation method is used to remove heavy metals in electroplating wastewater. However， the effects of electrode spacing， solution pH， current intensity， and electro-flocculation time on the removal rate of Cr6+， Cu2+， Ni2+， and Zn2+ are compared.
Key words： Electrocoagulation； Heavy metals； Removal rate
電镀行业是我国污染工业组成之一。近年来，国内外学者针对不同镀种的电镀废水采用了不同的处理方法，如物理法、化学法、膜处理法、吸附交换法、物理化学法及生物法等，但传统的方法存在成本高、处理时间长、占地面积大、投资大、处理效率低、出水难以达标排放、二次污染及后续处理工作复杂等问题[1]。电絮凝技术作为一种新型的处理方式，集氧化还原、絮凝和气浮为一体，具有设备构造简单、占地面积小、基建投资少、操作管理方便、无二次污染以及能够同时去除多种污染物等特点，可以弥补传统处理方法的不足，具有很好的发展前景及应用价值[2]。
1 实验部分
1.1 废水性质
废水取自深圳某电镀厂电镀车间，废水中Cr6+浓度为20.52 mg/L，Cu2+浓度为10.38 mg/L，Ni2+浓度为15.73mg/L，Zn2+浓度为19.47 mg/L，废水pH值为2.19。
1.2 实验流程及方法
电絮凝反应在容量为5 L烧杯中进行，阳极和阴极为同类金属电极，两块平行极板固定在烧杯中，电极纯度为99%，电极连接多功能脉冲电源，向烧杯中倒入调节pH值后的电镀废水3.5 L，开通磁力搅拌器，设置电流密度。用计时器控制时间，测定浓度，计算其去除率。
2 结果与讨论
2.1 电极间距的影响
设置不同电极间距，调节pH至6.0，调整电流密度为5A/dm2，通电时间为30min。
在电极间距（cm）为 1、2.5、5、7.5 、10时，Cr6+去除率（%）分别为95.67、96.29，92.17、86.39、81.45；Cu2+去除率（%）分别为95.21、96.54、91.43、87.06、83.38；Ni2+去除率（%）分别为85.39、90.35、83.41、74.18、70.25；Zn2+去除率（%）分别为94.48、95.72、92.16、86.87、80.74。
极板间的距离高于5cm时，可能因电极间距太大，阴极产生的初生态[H]和阳极产生的絮凝剂，不能充分的与废水中的金属离子充分接触。随电极间距变宽，去除率相应逐渐降低。
2.2 初始pH值的影响
调节不同初始pH值，电流密度为5.0 A/dm2，电极间距为2.5 cm，通电时间为30 min。
在初始pH值为4、5、6、7、8、9、10，Cr6+去除率（%）分别为85.81、94.32、96.46、97.23、96.12、89.42、86.26；Cu2+去除率（%）分别为90.39、92.97、96.81、98.33、97.28、95.13、94.47；Ni2+去除率（%）分别为72.18、83.35、89.94、91.43、90.54、85.39、85.07；Zn2+去除率（%）分别为85.31、92.16、96.87、97.14、96.99、93.18、92.44
在弱酸性情况下，电凝反应环境更有利于废水中铁离子的水解，形成絮凝体；随pH 值升高，絮凝体形成速度相对有所提高，对水中重金属离子有更好的网捕作用；同时，废水中 OH-的浓度也相应提高。在 pH值大于6且未超过8时，金属离子开始形成氢氧化物沉淀析出，且沉淀析出量随着pH升高而增加。 当pH值大于8时，不利于[H]的形成，影响重金属还原，难于形成氢氧化物沉淀析出。 综上所述，当 pH 值在 6-7 时，重金属去除效果最适合。
2.3 电流密度的影响
设置不同电流密度，电极间距为 2.5cm，初始pH值调节为6，处理时间为30min。
在电流密度（A/dm2）为1、2、3、4、5、6时，Cr6+去除率（%）分别为51.34、66.85、74.31、90.32、95.58、86.21；Cu2+去除率（%）分别为54.93、67.23、77.89、93.29、97.74、87.45；Ni2+去除率（%）分别为47.11、58.38、69.35、88.28、93.23、80.36；Zn2+去除率（%）分别为：50.19、67.24、76.20、93.17、96.49、84.57。
当电流密度在 1～4 A/m2时，在铁电极上发生氧化反应产生大量铁离子，废水中铁离子浓度也随着电流密度增大而升高，铁离子在水中经过水解产生大量的水解沉淀物，产生的絮凝剂增多，气泡的产生速率同时有所加快，絮凝效果越来越好，所以重金属离子的去除率也随着电流密度的增大而逐渐升高。
2.4 电凝时间的影响
设置极板间的距离为 2.5 cm、电流强度为 5A/dm2、初始 pH=6，设置电凝时间为40min，在设备出水口每隔5min取样一次。
在电凝时间（min）为5、10、15、20、25、30、35、40时，Cr6+去除率（%）分别为74.27、84.39、89.55、93.76、95.52、96.78、96.23、96.52；Cu2+去除率（%）分别为75.51、84.67、89.18、94.34、97.15、97.63、97.39、97.28；Ni2+去除率（%）分别为70.33、80.64、86.28、90.31、92.54、92.12、92.08、92.06；Zn2+去除率（%）分别为74.99、81.17、87.59、93.07、95.89、96.24、95.98、96.04。
最佳电凝时间为 25～30 min。在电絮凝处理前15min时，随电凝时间的增加，水解形成的絮凝剂数量越来越多，金属离子去除率都快速增长。当电凝时间达到 20 min时，去除率趋于缓慢；此时，去除率分别为 93.76、94.34、90.31和93.07，但是在超过30 min时，去除率反而略微降低，同时趋于平稳。
3 结论
目前，电絮凝法得到了环境科学领域的广泛关注，但许多研究成果向工程實践的转化还需要一个过程，如何降低运行费用，提高运行稳定性将是该项技术得以推广的关键所在[4]。
（1）在电极间距上，电极间距为 2.5 cm重金属离子去除效果最佳；
（2）在初始pH值上，最佳pH值在6—7之间，金属离子去除率最合适，当pH值突破8后，去除率出现降低；
（3）在电流密度上，电流密度在5A/dm2时，效果最佳；
（4）在电凝时间上，最合适的电凝时间为25-30min。
参考文献
[1]姜玉娟，陈志强.电镀废水处理技术的研究进展[J].环境科学与管理，2015，40（3）：45-48.
[2]何夏清.电絮凝技术在水处理中的研究进展[J].四川环境，2011，30（3）：94-98.
[3]谭宏承，潘涌璋.高压脉冲电絮凝处理综合电镀废水的试验研究[J].工业用水与废水，2013，44（6）：19-23.
[4]陈雪明.电凝聚能耗分析与节能措施[J].水处理技术，1997，23（3）：11-16.
收稿日期：2018-04-04
作者简介：李玉山（1989-），男，本科，总经理，研究方向为环保。
关键词：电絮凝；重金属；去除率
中图分类号：X781.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0117-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.069
Abstract： Electroplating wastewater is one of the main sources of heavy metal pollution to the environment， including heavy metal ions， cyanide-containing wastewater and high concentrations of COD and other pollutants， which will harm the water environment， soil and health. Electro-flocculation method is used to remove heavy metals in electroplating wastewater. However， the effects of electrode spacing， solution pH， current intensity， and electro-flocculation time on the removal rate of Cr6+， Cu2+， Ni2+， and Zn2+ are compared.
Key words： Electrocoagulation； Heavy metals； Removal rate
電镀行业是我国污染工业组成之一。近年来，国内外学者针对不同镀种的电镀废水采用了不同的处理方法，如物理法、化学法、膜处理法、吸附交换法、物理化学法及生物法等，但传统的方法存在成本高、处理时间长、占地面积大、投资大、处理效率低、出水难以达标排放、二次污染及后续处理工作复杂等问题[1]。电絮凝技术作为一种新型的处理方式，集氧化还原、絮凝和气浮为一体，具有设备构造简单、占地面积小、基建投资少、操作管理方便、无二次污染以及能够同时去除多种污染物等特点，可以弥补传统处理方法的不足，具有很好的发展前景及应用价值[2]。
1 实验部分
1.1 废水性质
废水取自深圳某电镀厂电镀车间，废水中Cr6+浓度为20.52 mg/L，Cu2+浓度为10.38 mg/L，Ni2+浓度为15.73mg/L，Zn2+浓度为19.47 mg/L，废水pH值为2.19。
1.2 实验流程及方法
电絮凝反应在容量为5 L烧杯中进行，阳极和阴极为同类金属电极，两块平行极板固定在烧杯中，电极纯度为99%，电极连接多功能脉冲电源，向烧杯中倒入调节pH值后的电镀废水3.5 L，开通磁力搅拌器，设置电流密度。用计时器控制时间，测定浓度，计算其去除率。
2 结果与讨论
2.1 电极间距的影响
设置不同电极间距，调节pH至6.0，调整电流密度为5A/dm2，通电时间为30min。
在电极间距（cm）为 1、2.5、5、7.5 、10时，Cr6+去除率（%）分别为95.67、96.29，92.17、86.39、81.45；Cu2+去除率（%）分别为95.21、96.54、91.43、87.06、83.38；Ni2+去除率（%）分别为85.39、90.35、83.41、74.18、70.25；Zn2+去除率（%）分别为94.48、95.72、92.16、86.87、80.74。
极板间的距离高于5cm时，可能因电极间距太大，阴极产生的初生态[H]和阳极产生的絮凝剂，不能充分的与废水中的金属离子充分接触。随电极间距变宽，去除率相应逐渐降低。
2.2 初始pH值的影响
调节不同初始pH值，电流密度为5.0 A/dm2，电极间距为2.5 cm，通电时间为30 min。
在初始pH值为4、5、6、7、8、9、10，Cr6+去除率（%）分别为85.81、94.32、96.46、97.23、96.12、89.42、86.26；Cu2+去除率（%）分别为90.39、92.97、96.81、98.33、97.28、95.13、94.47；Ni2+去除率（%）分别为72.18、83.35、89.94、91.43、90.54、85.39、85.07；Zn2+去除率（%）分别为85.31、92.16、96.87、97.14、96.99、93.18、92.44
在弱酸性情况下，电凝反应环境更有利于废水中铁离子的水解，形成絮凝体；随pH 值升高，絮凝体形成速度相对有所提高，对水中重金属离子有更好的网捕作用；同时，废水中 OH-的浓度也相应提高。在 pH值大于6且未超过8时，金属离子开始形成氢氧化物沉淀析出，且沉淀析出量随着pH升高而增加。 当pH值大于8时，不利于[H]的形成，影响重金属还原，难于形成氢氧化物沉淀析出。 综上所述，当 pH 值在 6-7 时，重金属去除效果最适合。
2.3 电流密度的影响
设置不同电流密度，电极间距为 2.5cm，初始pH值调节为6，处理时间为30min。
在电流密度（A/dm2）为1、2、3、4、5、6时，Cr6+去除率（%）分别为51.34、66.85、74.31、90.32、95.58、86.21；Cu2+去除率（%）分别为54.93、67.23、77.89、93.29、97.74、87.45；Ni2+去除率（%）分别为47.11、58.38、69.35、88.28、93.23、80.36；Zn2+去除率（%）分别为：50.19、67.24、76.20、93.17、96.49、84.57。
当电流密度在 1～4 A/m2时，在铁电极上发生氧化反应产生大量铁离子，废水中铁离子浓度也随着电流密度增大而升高，铁离子在水中经过水解产生大量的水解沉淀物，产生的絮凝剂增多，气泡的产生速率同时有所加快，絮凝效果越来越好，所以重金属离子的去除率也随着电流密度的增大而逐渐升高。
2.4 电凝时间的影响
设置极板间的距离为 2.5 cm、电流强度为 5A/dm2、初始 pH=6，设置电凝时间为40min，在设备出水口每隔5min取样一次。
在电凝时间（min）为5、10、15、20、25、30、35、40时，Cr6+去除率（%）分别为74.27、84.39、89.55、93.76、95.52、96.78、96.23、96.52；Cu2+去除率（%）分别为75.51、84.67、89.18、94.34、97.15、97.63、97.39、97.28；Ni2+去除率（%）分别为70.33、80.64、86.28、90.31、92.54、92.12、92.08、92.06；Zn2+去除率（%）分别为74.99、81.17、87.59、93.07、95.89、96.24、95.98、96.04。
最佳电凝时间为 25～30 min。在电絮凝处理前15min时，随电凝时间的增加，水解形成的絮凝剂数量越来越多，金属离子去除率都快速增长。当电凝时间达到 20 min时，去除率趋于缓慢；此时，去除率分别为 93.76、94.34、90.31和93.07，但是在超过30 min时，去除率反而略微降低，同时趋于平稳。
3 结论
目前，电絮凝法得到了环境科学领域的广泛关注，但许多研究成果向工程實践的转化还需要一个过程，如何降低运行费用，提高运行稳定性将是该项技术得以推广的关键所在[4]。
（1）在电极间距上，电极间距为 2.5 cm重金属离子去除效果最佳；
（2）在初始pH值上，最佳pH值在6—7之间，金属离子去除率最合适，当pH值突破8后，去除率出现降低；
（3）在电流密度上，电流密度在5A/dm2时，效果最佳；
（4）在电凝时间上，最合适的电凝时间为25-30min。
参考文献
[1]姜玉娟，陈志强.电镀废水处理技术的研究进展[J].环境科学与管理，2015，40（3）：45-48.
[2]何夏清.电絮凝技术在水处理中的研究进展[J].四川环境，2011，30（3）：94-98.
[3]谭宏承，潘涌璋.高压脉冲电絮凝处理综合电镀废水的试验研究[J].工业用水与废水，2013，44（6）：19-23.
[4]陈雪明.电凝聚能耗分析与节能措施[J].水处理技术，1997，23（3）：11-16.
收稿日期：2018-04-04
作者简介：李玉山（1989-），男，本科，总经理，研究方向为环保。
