??
楊劍
(青島科技大學環(huán)境與安全工程學院，山東青島266042)
摘要:實驗探討了微電解法處理高濃度電鍍廢水的效果，考察了pH值、鐵炭比、鐵炭總投加量和反應(yīng)時間對鎳去除率的影響。實驗得出的最佳反應(yīng)條件為:pH為3、鐵投加量60 g/L、炭投加量60 g/L，反應(yīng)120 min時，鎳的去除率可達64.09%，較好的降低了廢水中Ni2+的含量，為后續(xù)處理奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:微電解;電鍍廢水;鎳;高濃度
中圖分類號:X703.1文獻標識碼:A文章編號:1001-9677(2012)09-0154-03
目前，電鍍廢水仍然是水體環(huán)境的主要污染源之一[1]。電鍍廢水的污染主要為酸堿污染、部分有機物的污染和重金屬污染[2]，其中重金屬污染又是電鍍廢水治理的重中之重。鎳是最常見的致敏性金屬，鎳進入人體后可以造成器官的慢性病變。如果誤服較大量的鎳鹽，會產(chǎn)生急性胃腸道刺激現(xiàn)象，發(fā)生嘔吐、腹瀉，嚴重時會引起酶系統(tǒng)中毒，甚至危及生命[3]。一些鎳的化合物，如羥基鎳[Ni(CO)4]和鎳塵被認為是致癌物質(zhì)。世界衛(wèi)生組織所屬的國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)公布的39種(類)對人致癌物質(zhì)中，鎳被列為其中之一[4]。電鍍廢水的處理方法很多，按其作用原理，可分為物理方法、化學方法、物理化學方法、生物方法四類[5]。微電解法是利用金屬腐蝕原理，形成原電池對廢水進行處理的良好工藝，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。該工藝是在20世紀70年代應(yīng)用到廢水治理中的，該法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長、成本低廉及操作維護方便等優(yōu)點，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具有“以廢治廢”的意義[6]。近年來，微電解法在處理印染廢水電鍍廢水、染料生產(chǎn)廢水、石油化工廢水和煤氣洗滌廢水等工業(yè)廢水方面有過應(yīng)用研究[7-8]。
1·實驗部分
1.1基本原理
微電解技術(shù)是采用工業(yè)鑄鐵屑為原料，利用微電池腐蝕原理所引起的電化學、化學反應(yīng)和物理反應(yīng)(包括氧化、還原、置換、絮凝、吸附、共沉、過濾等諸多原理)綜合作用，去除水中重金屬的一門技術(shù)。其中，氧化-還原主反應(yīng)層是微電解技術(shù)的核心[9-10]。
1.2水樣水質(zhì)的測定與水質(zhì)特點
本研究處理的高濃度含鎳電鍍廢水，來自青島某電子有限公司，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，日產(chǎn)含鎳電鍍廢水量達到了約800 L/天，主要成分為NiSO4、NaHPO2、CH3COONa和Na2(CH)2(COO)2等，廢水處理的投資很大，但效果欠佳，公司一直尋找有效解決廢水問題的出路，水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1所示。
由表1可以看出，該電鍍廢水Ni2+及CODCr含量均較高，這對廢水的處理帶來了不小的難度。要滿足《電鍍污染物排放標準》(GB21900-2008)中對鎳最高允許排放濃度為0.5 mg/L的要求，需用2種或多種方法聯(lián)用處理。
1.3實驗步驟
量取200 mL含Ni2+廢水于燒杯中，用30%的H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH，分別加入活性炭(粒狀)和鐵粉，經(jīng)六聯(lián)攪拌器攪拌反應(yīng)一段時間后，用30%的NaOH溶液將調(diào)節(jié)pH至11，靜置，待液面分層后，過濾，取濾液測定Ni2+含量，計算Ni2+的去除率。
根據(jù)不同實驗條件，改變體系初始pH、鐵炭比、鐵炭總投加量和反應(yīng)時間，探討微電解法對電鍍廢水中Ni2+的去除效果。
2·實驗結(jié)果及討論
2.1反應(yīng)體系初始pH對Ni2+去除率的影響
固定鐵炭各55 g/L，反應(yīng)時間90 min的條件下，改變廢水初始pH，考察pH對實際廢水中Ni2+去除率的影響，結(jié)果見圖1。
從圖1可以看出，Ni2+的去除率與pH密切相關(guān)。在pH=3時，處理效果較好，去除率為55.65%。這是由于較低的pH值會破壞反應(yīng)后的絮凝體，同時pH過低時，H+優(yōu)先與鐵反應(yīng)，使得參與微電解反應(yīng)的鐵的量減少，增加酸的消耗量，增加處理成本能，產(chǎn)生的Fe3+也會使處理效果變差。而當pH過高時，對單質(zhì)鐵失電子促成氧化還原反應(yīng)不利，使得去除效果下降。綜合考慮，采用pH=3作為體系初始pH。
2.2鐵炭比對Ni2+去除率的影響
調(diào)節(jié)廢水初始pH為3.00，反應(yīng)時間90 min的條件下，固定鐵炭總量110 g/L，改變鐵炭比，考察不同鐵炭比對Ni2+除率的影響，結(jié)果見圖2。
從圖2可以看出，在鐵炭比在1∶1時，處理效果最好，Ni的去除率為60.83%。當鐵炭比較小時，以微電解反應(yīng)和炭的吸附作用為主;當鐵炭比較大時，以微電解反應(yīng)和鐵的置換作用為主，從圖2的變化趨勢可以看出，微電解反應(yīng)比單純的吸附和置換作用，對Ni2+的去除作用更強。
2.3鐵炭總量對Ni2+去除率的影響
調(diào)節(jié)廢水初始pH為3.00，反應(yīng)時間90 min的條件下，固定鐵炭比為1∶1，改變鐵炭總量，考察不同鐵炭總量比對Ni2+去除率的影響，結(jié)果見圖3。
從圖3可以看出，隨著鐵炭總量的增加，Ni2+的去除率逐漸增加，當鐵炭投入總量增加到120 g/L后，Ni2+的去除率變化較小，并趨于平緩，因此選定鐵炭投入總量120 g/L作為最佳鐵炭投入總量。這是因為增加炭屑，可使體系中的原電池數(shù)量增多，提高對Ni2+等的去除效果和處理速率，但是鐵炭增加到一定量后，反應(yīng)速率有所降低，同時廢水中的Ni2+濃度的降低，使得Ni2+更多的是以絡(luò)合態(tài)的形式存在，影響了Ni2+去除效果。在下一步的實驗中，降低廢水中有機物的含量是提高Ni2+去除效果的有效方法。
2.4反應(yīng)時間對Ni2+去除率的影響
調(diào)節(jié)廢水初始pH為3.00，反應(yīng)時間90 min的條件下，固定鐵炭比為1∶1，鐵炭總量120 g/L，考察不同反應(yīng)時間對Ni2+去除率的影響，結(jié)果見圖4。
從圖4可以看出隨著反應(yīng)時間的延長，Ni2+的去除率逐漸增大，當反應(yīng)時間增加到120 min后，Ni2+的去除率增加較小并趨于平緩，這是Ni2+的去除率為64.09%。同時反應(yīng)時間過長，會消耗更多的鐵，使出水的含鐵量及色度增加，還增加的后續(xù)處理的難度，綜合考慮，取反應(yīng)時間120 min。
3·實驗結(jié)論
微電解法處理電鍍廢水目前正受到人們的廣泛關(guān)注。本實驗根據(jù)青島某電子廠的含鎳電鍍廢水特征，運用微電解法進行預(yù)處理，分別研究了初始pH值、鐵炭比、鐵炭投加量和反應(yīng)時間四種因素對電鍍廢水中Ni2+去除率的影響。實驗結(jié)論為:
(1)采用微電解法處理高濃度含鎳電鍍廢水是有效的，在初始pH=3，鐵屑比1∶1，投加總量為120 g/L，t=120 min的條件下，Ni2+的去除率為64.09%，可以作為預(yù)處理工藝來處理高濃度含鎳廢水。
(2)在后續(xù)該電鍍廢水處理時，有機物特別是廢水中易與Ni2+形成絡(luò)合物的各種電鍍添加劑的去除，是提高廢水中Ni2+去除率的有效方法。
(3)污水處理的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但污泥的回收與利用，尤其是電鍍廢水處理后污泥中重金屬的回收利用還沒有一種較為可行的技術(shù)方法。
參考文獻
[1]魯顯位，王金泉，陳廣橋，等.化學法處理高濃度電鍍廢水[J].環(huán)境技術(shù)，2004(1)，11-14.
[2]孫麗.高濃度有機絡(luò)合鍍鎳廢液及清洗廢水處理工藝實驗研究[D].西安:西安建筑科技大學，2003(05):3-5.
[3]湯鎮(zhèn)遠.含重金屬及砷廢水處理研究[D].蘭州:蘭州大學，2010，05:2-4.
[4]劉有才，鐘宏，劉洪萍.重金屬廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].廣東化工，2005(4):36-39.
[5]湯榮年，康思琦，尹庚明，等.電鍍廢水綜合治理新工藝研究[J].五邑大學學報，2002，12(4):39-43.
[6]吳瓊，周啟星，華濤.微電解及其組合工藝處理難降解廢水研究進展[J].水處理技術(shù)，2009，35(11):27-32.
[7]顧毓剛，黃雪娟，劉東航.內(nèi)電解法處理工業(yè)廢水技術(shù)的試驗[J].上海環(huán)境科學，17(3):26-27.
[8]Barrow N J.Testing a mechanistic model.IV:describing the effect of pH on Zn retention by soils[J].Soil Science，1986，37:295-302.
[9]李勇.微電解法處理電鍍廢水的進展[J].廣東化工，2008，35(1):56-58.
[10]王書文，代秀蘭.微電解處理含鉻、鎳重金屬廢水研究[J].沈陽大學學報，2005，17(2):40-43.
