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劉東飛，胡 涓，陳整生，張志軍
(常州大學環(huán)境與安全工程學院，江蘇常州213164)
摘要：通過鋁碳微電解法對含銅、鎳電鍍廢水進行處理，研究了鋁碳比，反應時間，進水pH對處理效果的影響。結果表明，鋁碳微電解最佳反應時間較鐵碳微電解的30min提高到15min;Cu2+去除率較鐵碳微電解由95%提高到98%，Ni 2+去除率較鐵碳微電解由94%提高到97%。這為鋁碳微電解處理電鍍廢水的實際應用奠定了基礎。
關鍵詞：微電解;鋁碳;電鍍廢水
中圖分類號：X 703.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-0411(2012)01-0051-04
電鍍廢水中含有Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd等多種重金屬的離子，對環(huán)境有較大的破壞作用[1]。目前處理電鍍廢水有混凝[2]，鐵氧體法[3]，化學法[4]，微生物法[5]。但這些方法存在處理重金屬種類單一、工藝繁瑣、二次污染、處理費用高等問題。因此一種能處理多種重金屬污染物、處理費用低、投資少的微電解技術應運而生。微電解技術，又稱為內電解、鐵還原、鐵碳法、零價鐵法等技術，是被廣泛研究與應用的一項廢水處理技術[6]。
微電處理重金屬廢水是在一定條件下，利用不同物質在介質中形成的微原電池，對金屬離子起還原作用，并伴有絡合、置換、吸附、絮凝沉淀等作用[7]。在整個反應裝置中介質分為三層：氧化-還原主反應層、絮凝層和過濾層[8]。此法具有適用范圍廣、處理效果好、成本低廉等特點，且使用的鐵屑多來自切削工業(yè)的廢渣，具有“以廢治廢”的意義[9]。然而，傳統(tǒng)鐵炭法處理電鍍廢水通常是在酸性條件下進行，溶出的鐵量大，產生沉淀物多，增加了脫水工段的負擔[10]。本研究采用鋁炭微電解法對電鍍廢水進行處理。結果表明，鋁炭微電解法在反應速率和效果上較鐵碳微電解都有較大的提高。
1·反應機理
微電解技術主要利用鑄鐵屑表面化學成分不均勻及金屬組織不均勻性構成的微電池來還原金屬離子。當鑄鐵屑浸沫在電解質溶液(含Cr6+，Cu2+，Ni 2+，Zn2+廢水)中時，由于不同相之間存在電位差，因而在鑄鐵表面形成了無數以鐵為陽極，碳化鐵，硅和其他雜質為陰極的微小腐蝕電池[11]。
在電解質即陰極去極化劑作用下，反應會大大加快，又由于鑄鐵屑疏松多孔、表面積大使反應迅速完成，氧化-還原主反應層是微電解技術的核心[12]。Fe、C和其它雜質以極小的顆粒的形式分散在鑄鐵內，由于其電極電位比鐵的低，所以在電解質溶液中時便形成大量的微電池。其電極反應如下：
從鐵和鋁的電極反應可以看出：鋁碳之間的電位差遠大于鐵碳之間的電位差，鋁碳微電解的電極反應速大于鐵碳微電解。
2 實驗部分
2.1 廢水來源與水質
所用廢水取自常州市光輝電鍍廠鍍銅、鎳工藝產生的電鍍廢水，含有Cu、Ni、Zn、Fe等多種重金屬的離子，其中Cu2+：27.35mg/L、Ni 2+：47.51mg/L，pH值為3。
2.2 實驗材料與裝置
自制微電解柱(高800mm，內徑60mm的玻璃柱，內裝填充料);鐵屑(粒徑為主要集中在1～5mm)和鋁屑(粒徑為主要集中在1～5mm)取自某鑄鐵廠廢屑，接觸材料顆?；钚蕴?粒徑為主要集中在1～5mm)。實驗裝置圖見圖1。
2.3 實驗儀器與藥品
721分光光度計，PXS2270雷磁離子計，JA1203型精密電子天平;氨水，甲酚紅，乙二胺四乙酸二鈉，氫氧化鈉，檸檬酸銨，丁二酮肟，碘和碘化鉀等均為分析純試劑。
2.4 實驗方法
去污活化：將鐵屑和鋁屑在質量分數為5%NaOH堿洗10min，除掉鐵屑表面油分，然后用3%的稀HCl浸泡10min，除掉表面的氧化物，用蒸餾水沖洗干凈;
吸附飽和：先用自來水對將顆?；钚蕴繘_洗，再用原水充分中浸泡36h，使其對污染物達到吸附飽和。
實驗過程：用pH儀精確控制廢水pH，經填裝預處理過的鋁屑(鐵屑)和顆?；钚蕴康奈㈦娊庵F碳比和鋁碳比均通過天平稱量來控制摩爾比，反應后，測銅、鎳的含量。
2.5 分析方法：
銅離子的測定：乙二胺基二硫代甲酸鈉萃取分光光度法(GB/T7474-87);鎳離子的測定：丁二酮肟分光光度法，方法標準B類方法。
3.結果與討論
3.1 鋁碳比對去除率的影響
本實驗以廢水pH為3，停留時間為90min，鋁碳比為1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3，鐵碳比為1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1分別實驗，結果如圖2、圖3所示。
在鋁屑(鐵屑)中加入活性炭，使得鋁屑(鐵屑)與活性炭接觸形成原電池。當增投填充物中的炭量時可使微電解中的原電池數量增多，從而增加對重金屬的去除效果。但當炭量過量時，卻會抑制了微電解的反應效果。所以鋁(鐵)炭比應有一個適當的值。由圖2，圖3可知鋁(鐵)碳比對Cu2+，Ni 2+去除率影響。由此可知鋁碳比為1∶1.5，鐵碳比為2∶1是最合適。
3.2 反應時間對微電解效果的影響
本實驗以廢水pH為3，鋁碳比為1∶1.5，鐵碳比為2∶1試驗研究不同時間對重金屬去除率的影響。由圖4、圖5可知隨著反應時間的增加，Cu2+、Ni 2+的去除率也增加。在鋁碳微電解中，當反應時間為15min時，Cu2+、Ni 2+的去除率增長比較緩慢。在鐵碳微電解中，當反應時間為30min時，Cu2+、Ni 2+的去除率增長比較緩慢。因此，在鋁碳微電解中，最佳反應時間為15min;在鐵碳微電解中，最佳反應時間為30min。
3.3 進水pH對去除率的影響
本實驗以鋁碳比為1∶1.5，鐵碳比為2∶1，反應時間為90min，實驗研究不同pH對去除率的影響。結果如圖6，圖7。
由圖6、圖7可知，在鋁碳微電解中pH為3時，Cu2+及Ni 2+的去除率都比較高，隨著pH的增高去除率先降低后增加。在pH為2-4的條件下，陰極產生大量的OH-，使得金屬離子Cu2+、Ni 2+產生了相應的氫氧化物沉淀，當pH值在4-8之間時，陽極產生的所有A13+會形成聚合物(如Al13O4(OH)247+和Al(OH)3)沉淀，這些Al的氫氧化物可以通過吸附、網捕作用去除廢水中的重金屬，使重金屬得到有效的處理，部分Cu2+、Ni 2+以單質的形式析出，部分在陰極形成相應的氫氧化物沉淀，這些沉淀物之間發(fā)生吸附共同沉淀，使得銅和鎳的去除率仍然很高。但是因為電鍍廢水為酸性，酸性條件下反應成本較低，因此在鋁碳微電解中最佳進水pH值為3。
4 結 論
(1)微電解法不需用投加化學藥劑，運行費用低，污泥量少，鋁(鐵)屑系工業(yè)廢料制成，原料易得，符合“以廢治廢”的理念。
(2)在微電解法處理電鍍廢水中，鋁(鐵)碳比、初始pH值、反應時間對去除效果都有一定的影響。在通過單因素實驗確定最佳工藝為，鋁碳比為1∶1.5，反應時間為15min，pH為3。Cu2+去除率可達98%以上，Ni 2+去除率可達97%以上。
(3)鐵碳微電解的最佳反應時間為30min，Cu2+去除率為95%左右，Ni 2+去除率為94.5%左右。由此可知鋁碳微電解在處理電鍍廢水時速率和效果上較鐵碳微電解都較大的提高，為實際工程應用提供了實驗基礎。
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