电絮凝法处理重金属废水中试研究

　　摘要：本中试工程废水采用某冶炼厂已调节PH后的混合反应沉淀池出口重金属废水，通过本中试试验，获得了电凝聚设备对重有色金属综合废水的处理效果和各项技术指标的直接数据，具有一定的参考借鉴意义。
　　关键词：电絮凝；重金属废水；中试
　　1概述
　　在湿法炼锌过程中产生的废水含有锌、镉、铜、铅等重金属离子，废水的酸性比较强，采用化学法对废水进行处理，处理出水可以达到排放标准，但是不能有效循环利用，为了能循环使用（中水回用），在国内也有在化学法处理的基础上加RO膜处理以满足回用要求的工程实例，但是其处理投资大、运行成本高、产水率低，给推广带来了局限性。本文在电化学和物理化学理论的基础上提出了电絮凝法处理重金属废水设想，并在湘西某冶炼厂进行了中试，取得了一定的成果，电絮凝法处理重金属废水因占地小、投资省、运行费低，有一定的推广价值。
　　2电絮凝基本原理
　　电絮凝设备依据电解及电凝聚原理，对废水中污染物有氧化、还原、中和、凝聚、气浮分离等多种物理化学作用。
　　重有色金属冶炼废水中不但含有多种重金属离子，而且还含有大量的硫酸根离子。废水进电絮凝装置前加入硫酸亚铁，硫酸亚铁是一种絮凝剂，在碱性条件下可以和其它重金属发生共沉淀，有利于其它重金属的去除。其基本化学反应是FeSO4将Cr6+还原为Cr3+，在碱环境下（PH=7.5~8.5），使Cr3+变成Cr(OH)3沉淀。
　　绿矾（硫酸亚铁水聚合物）FeSO4•7H2O在水中水解为硫酸和硫酸亚铁。与Cr6+充分混合接触，将Cr6+还原为Cr3+。
　　电凝聚设备保持一定的电压、电流值，在铁极板表面产生Fe2+，即：
　　Fe－２ｅFe2+
　　进入电凝聚设备的水被电解，生成初生态氧和氢，初生态的氧有极强的氧化作用，可去除废水中有机物，降低废水的COD，氢气可使污泥上浮。
　　Cr2O72-在阳极板被还原成Cr3+，即：
　　Cr2O72-+6Fe2+＋14H+2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O
　　少量的Cr2O7２－在阴极板（不锈钢）被直接还原，即：
　　Cr2O72－＋14Ｈ＋＋6ｅ－2Cr3+＋7H2O
　　H+的消耗、OH-增加，Cr3+、Fe3+生成氢氧化物，并在合适的PH值下析出沉淀，即：
　　Cr3++3OH-Cr(OH)3↓
　　Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
　　废水中Cu2+、Zn2+、去除机理：电凝聚设备阴极可以还原部分Pb2+、Cu2+、Zn2+，即：
　　Pb2++2e＋Pb↓
　　Cu2++2e＋Cu↓
　　Zn2++2e＋Zn↓
　　Pb2+、Cu2+、Zn2+与水中OH－生成氢氧化物析出沉淀，即：
　　Pb2++2OH-Pb(OH)2↓（PH＝8）
　　Cu2++2OH-Cu(OH)2↓（PH＝９）
　　Zn2++2OH-Zn(OH)2↓（PH＝８）
　　Fe2++2OH-HMFe(OH)2（PH＝８）
　　废水进入电凝聚设备前加入FeSO4•7H2O除起到还原剂外，FeSO4•7H2O起到无机低分子絮凝剂的作用，水解过程的中间产物与不同离子结合形成羟基多核络合物或无机高分子化合物，沉降或悬浮。
　　铁阳极电解过程，Fe3+参与FeSO4•7H2O水解过程羟基多核络合物生成，成为活性聚凝体，对污染物进行抱合（吸附）凝聚，对油污和表面活性剂起到与水分离作用。
　　电解过程中，电压达到一定值时，使水电解，生成初生态氧和氢，除对水中正、负离子起氧化和还原作用外，这小气泡能吸附废水中的小絮凝物，起到气浮作用。
　　电凝聚设备内设置有一套自动化高效除垢装置。在处理废水过程中，除垢装置连续运转，随时清除附着在极板上的污垢，保证极板表面清洁无垢，消除了极板极化（钝化）现象；同时搅动废水，保证了电解反应高效率进行。
　　3中试工程水量、水质及出水执行标准
　　3.1水量、水质
　　本中试工程是在冶炼厂内污水站进行的，试验对象是重金属离子含量比较集中的硫酸废水，试验处理规模6吨/天，考虑到该废水酸性强，采用先调节PH值至中性并沉淀后取上清液进中试设备。上清液水质见表-1
　　表-1试验水样出水水质
　　           　　
　　3.2执行标准
　　《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
　　4中试工程工艺流程
　　工艺流程描述：
　　冶炼厂硫酸废水经调节PH值混合反应沉淀后，通过污水泵提升进入电凝聚设备。计量泵投加硫酸亚铁溶液（10%浓度）在废水进入电凝聚设备前的管道上采用管道混合器进行混合。废水经电凝聚处理后进入自浮槽，在进入自浮槽的管道中投加PAM溶液（1‰浓度），在自浮槽中完成浮渣和水的分离，自浮槽底部的清水进入中间水池，再经锰砂和活性炭过滤器过滤后出水，自浮槽顶部的浮渣经刮渣设备刮出后进入污泥处理池。
　　工艺流程图如下。
　　
　　
　5中试工程主要设备材料表
　　试验采用的主要设备材料表见表-2
　　表-2主要设备材料表
                      
　　6中试工程结果
　　6.1试验记录
　　试验记录见表-3
　　                                                                          表-3试验记录表
　　                  　　
　　6.2出水送检结果
　　在试验后期，出水稳定达标后，试验人员于2010年3月2日申请当地县环保局对主要污染物进行权威检测，县环境监测站于2010年3月15出据主要污染物检测结果见表-4
　　表-4环境监测站对试验出水检测数据
　                       　　
　　6.3总投资：30万元
　　6.4运行费用：
　　电耗：约0.8KWH/m3水
　　药耗：硫酸亚铁0.3㎏/m3水 
　　PAM7g/m3水
　　6.5中试工程占地面积：45m2左右（6m×7.5m）
　　
　　7小结
　　7.1通过试验及检测数据，表明电凝聚废水处理系统对冶炼厂的含重金属废水处理效果良好，处理出水能稳定达到排放标准并可回用于生产，有一定的推广价值。
　　7.2出水效果好于预测，其中形成的络合物及氧化还原学反应起到很好的促进作用，其中机理有待进一步研究。
　　7.3在中试中加入了一些辅助措施和药剂，如锰砂过滤、活性炭过滤及絮凝剂，对电絮凝设备单体的去处效果评价带来了不确定因素。
　　参考文献：
　　1宋卫锋等，电解法水处理技术的研究进展〔J〕.化工环保，2001，21（1）：11－15.
　　2李亮等，电絮凝－MBR组合工艺深度处理石化工业废水的研究.1005-829X（2010）04-0059-04
　　3吴彦军等，重金属废水无害化处理技术最新进展.工业水处理.1005-829X（2009）03-0001-03