周繼如1朱世安2

　　1廣東新大禹環(huán)境科技股份有限公司510663;2廣東豪美新材股份有限公司511800

　　摘要：文章主要從絮凝法去除重金屬機(jī)理出發(fā)，分別簡述了電絮凝在重金屬廢水處理中的應(yīng)用，以及研究展望，旨在與廣大同行共同學(xué)習(xí)。

　　關(guān)鍵詞：絮凝法;重金屬廢水處理中;應(yīng)用

　　引言：重金屬是工業(yè)廢水中最常見的污染物，主要來自礦山、電鍍、冶煉、染料、制革等行業(yè)的生產(chǎn)過程，常見的重金屬包括銅、鉛、鋅、鉻、鎘、鎳、錳和砷等。絕大部分重金屬水溶性強(qiáng)，不易被微生物降解，可通過食物鏈在生物體內(nèi)積累和富集，若在排放前不經(jīng)嚴(yán)格處理，將對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重危害。

　　電絮凝法(electrocoagulation，EC)是一種新型高效廢水處理技術(shù)，相比傳統(tǒng)化學(xué)處理法，電絮凝過程無需投加化學(xué)藥劑，且具有污泥產(chǎn)生量少，操作管理方便，成本和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。然而，電極鈍化問題已成為限制電絮凝法在工業(yè)廢水中應(yīng)用的因素。鈍化膜的形成會導(dǎo)致陽極溶解速度降低、絮凝劑產(chǎn)量減少、電流效率和污染物的去除率受抑制，同時也會額外增加反應(yīng)器所需電勢而增加運(yùn)行能耗。近些年，大量研究者對電絮凝過程中鈍化膜的形成、溶解及相關(guān)影響因素進(jìn)行了研究并取得了一定進(jìn)展。因此本文中從電絮凝鈍化機(jī)理和影響因素等方面對電絮凝處理重金屬廢水進(jìn)行介紹和討論。

　　一、絮凝法去除重金屬機(jī)理

　　電鍍、冶金等大多數(shù)行業(yè)排放的廢水中不僅存在大量的重金屬離子，還包含重金屬與其他污染物(如NH4Cl、EDTA等)形成的配位化合物，此類配位物又可細(xì)分為溶解性絡(luò)合物、氫氧化物沉淀以及螯沉淀。

　　溶解性絡(luò)合物多附著于懸浮物或膠體顆粒表面，絮凝法是向廢液中投加絮凝劑，利用絮凝劑提供的大量配位離子強(qiáng)烈吸附懸浮物或膠體顆粒。在配位離子群的解離作用下，反應(yīng)體系中穩(wěn)定的膠體顆粒將分散存在于溶液中，此時易與溶液中的懸浮物結(jié)合形成小分子不溶物，同時非平衡狀態(tài)的電中和作用促使溶液中的脫穩(wěn)顆粒相互結(jié)合。絮凝作用下，溶液中小分子通過吸附形成大分子，小顆粒通過架橋結(jié)合形成大顆粒，最后通過絮凝劑本身網(wǎng)捕卷掃作用加速沉降，達(dá)到去除非溶解態(tài)重金屬的效果。絮凝劑針對重金屬離子的去除主要表現(xiàn)在吸附與螯合作用，其中螯合沉降是絮凝法去除重金屬的重要途徑，其機(jī)理示意如圖1所示。選用具有重金屬螯合捕集功能的絮凝劑尤為關(guān)鍵，攜帶有-CSS-、COO等負(fù)電荷基團(tuán)的絮凝劑可與重金屬離子按照定的物質(zhì)的量比形成螯合物來達(dá)到去除重金屬的效果絮凝劑通過自身的吸附作用，將各螯合物“架橋”牽連聚集形成微絮體，而絮凝劑本身具有優(yōu)良的網(wǎng)捕卷掃性能，有助于微絮體形成更大的絮體，加速沉降。同時，高分子絮凝劑具有穩(wěn)定性強(qiáng)、適用范圍廣以及沉降性能好等特點(diǎn)，作為重金屬螯合捕集絮凝劑時，其母體大分子鏈的穩(wěn)定性在一定程度上遏制了螯合物的再離解，有效保證了重金屬離子的去除效率。

　　圖1絮凝劑螯合捕集重金屬機(jī)理示意圖

　　二、電絮凝在重金屬廢水處理中的應(yīng)用

　　電絮凝技術(shù)在水處理中已早有應(yīng)用，在重金屬廢水處理領(lǐng)域的實(shí)踐在近幾年逐漸增多，且主要集中于電鍍、冶煉、金屬加工及精細(xì)化工生產(chǎn)廢水處理等領(lǐng)域，少部分應(yīng)用于給水中重金屬的去除�？傮w來說，目前電絮凝技術(shù)在重金屬廢水處理中主要用于去除鉻、鎘、銅、鋅、鉛、銀、砷及鎳等。

　　1.含鎘廢水的處理

　　鎘對腎、肺、肝、睪丸、腦、骨骼及血液系統(tǒng)均可產(chǎn)生毒性，一直是水污染控制的重點(diǎn)因子。近年來，采用電絮凝處理鎘的研究報(bào)道還不多，已有的文獻(xiàn)報(bào)道主要從處理效果及運(yùn)行參數(shù)等方面進(jìn)行探討：經(jīng)過研究表明對于Cd濃度較高的原水，需要高的槽電壓或長的反應(yīng)時間，在電壓40V，20min處理時間下，去除效率高于99%;經(jīng)過電絮凝處理出水的pH值高于進(jìn)水。并且研究了電絮凝/氣浮技術(shù)對廢水中的Cd的去除效果，發(fā)現(xiàn)處理時間由15增加至30min情況下，Cd的去除效率也由85%提升至98%，而反應(yīng)裝置對Cd的去除率可以達(dá)到99.96%。在一定的處理時間內(nèi)，對鎘的去除率隨著電流密度的增加而明顯升高，處理Cd的過程符合第二動力學(xué)方程(Langmuir吸附方程)，溫度對處理過程的影響不大。

　　2.含鋅廢水的處理

　　隨著人類對鉛鋅礦的開采、冶煉、加工等生產(chǎn)活動的日益增加，含鋅廢水產(chǎn)生量也日益增加，含鋅廢水的排放對人體健康和工農(nóng)業(yè)活動均具有嚴(yán)重危害。目前有部分文獻(xiàn)報(bào)道了電絮凝技術(shù)對含鋅廢水的處理情況。

　　張敬等[1]研究發(fā)現(xiàn)：以不銹鋼作為陽極材料和鐵板作為陰極板材料對含鋅廢水的處理效果較佳(去除率都在95%以上)。采用鋁作為陽極對廢水中的鋅及銅離子進(jìn)行了處理，結(jié)果表明當(dāng)槽電壓為40V的時，對模擬水樣取得最大的去除效率，當(dāng)電壓在適當(dāng)范圍內(nèi)增加(20～40V)，去除率也隨著提高;處理過程應(yīng)用到電鍍廢水中銅及鋅的去除效果令人滿意。并且研究了電絮凝/氣浮技術(shù)對廢水中的Zn的去除效果，發(fā)現(xiàn)處理時間由15增加至30min情況下，鋅的去除率也由99.80%升高至99.83%。實(shí)際工程實(shí)例表明鋅冶煉廢水采用電絮凝法深度處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一年多時間，處理后廢水可全面達(dá)標(biāo)排放，可回收金屬鋅403.2t/年、金屬鉛7.2t/年，該工藝具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

　　三、研究展望

　　電絮凝技術(shù)目前的理論研究已經(jīng)相對成熟，與常規(guī)化學(xué)處理法相比優(yōu)勢明顯。但是該技術(shù)還存在一些問題阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用：(1)電流效率低，能耗高;(2)極板消耗快，定期更換較繁瑣;(3)處理水需要保持電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)，可能需要投加大量電解質(zhì);(4)共存物質(zhì)(如螯合物)對處理效果的影響大。針對目前該技術(shù)存在的問題，今后應(yīng)著手從降低能耗，電解槽設(shè)計(jì)，及共存物質(zhì)干擾消除等方面進(jìn)行努力：

　�、俑倪M(jìn)電源技術(shù)，提高電流效率，減少損耗;從材料、極化方式及影響因素著手，尋找新的電極材料，深入研究其極化特征，并確定其最優(yōu)化的特征值;改進(jìn)反應(yīng)槽結(jié)構(gòu)，提高電解效率。從以上三方面進(jìn)行深入研究以減少極板消耗，降低能耗，減少運(yùn)行成本。②對電絮凝過程中各種物理、化學(xué)機(jī)理進(jìn)行更深入的理論研究。研究氧化還原、混凝及氣浮三者之間的相互作用，在電絮凝裝置的設(shè)計(jì)和確定運(yùn)行參數(shù)時將這三種機(jī)理進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，甚至控制各種機(jī)理的強(qiáng)度，既要發(fā)揮電化學(xué)效應(yīng)，又要考慮混凝劑的產(chǎn)生量、氣泡的尺寸分布以及產(chǎn)生速度，以便將這三種效應(yīng)的潛能充分發(fā)揮出來;同時針對工業(yè)廢水的復(fù)雜性，各種重金屬離子的共存現(xiàn)狀，要進(jìn)行工藝的改進(jìn)，以同時高效低耗的去除各種重金屬離子。③電絮凝技術(shù)與其他處理工藝結(jié)合運(yùn)用：增加預(yù)處理技術(shù)消除共存物質(zhì)(如螯合物)對重金屬離子去除的影響，以保證電絮凝進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定;增加后續(xù)沉淀或過濾設(shè)施，保證處理出水泥水分離的完全徹底。隨著電絮凝技術(shù)的進(jìn)—步完善，特別是電耗進(jìn)一步降低，其在重金屬廢水處理領(lǐng)域中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用必將越來越廣泛。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張敬等.電化學(xué)方法處理電鍍廢液的試驗(yàn)研究[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2006(1)

　　[2]朱其兆.電絮凝技術(shù)在微污染水源水處理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(27)

　　[3]曹廣祝等.電絮凝法在重金屬廢水處理中鈍化機(jī)理的研究進(jìn)展.[J].現(xiàn)代化工，2017(10)

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/yejinlw/7918.html