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《裝備環境工程雜志》2014年第三期

1方法

研究的工藝流程如圖1所示，實驗裝置的處理量設計為1m3/h，在配水槽配制模擬廢水(投加重金屬，采用曝氣攪拌，同時投加堿適當調節pH值)。隨后經鐵電極電絮凝法處理，出水進行曝氣氧化，將電化學反應產生的二價鐵氧化為三價鐵，然后進入絮凝槽，槽內投加PAM絮凝劑，用于增加絮體尺寸，以提高后續出水沉淀效果，最后經沉淀得到清水。電絮凝設備中陰極與陽極均選擇為鐵極板，極板間距設計為14mm。取清水和配水槽出水分別作為處理出水與原水。總鉛、總鋅、總銅、總鎳、總鎘及總鉻測定方法參考《水和廢水監測分析方法(第四版)》。

2結果與討論

2．1pH值對處理效果的影響調節電解槽內電流密度恒定為10．2A/m2，進水各重金屬質量濃度均控制在20mg/L，處理時間控制在3min，進水電導率控制在1500～2000μs/cm時，不同pH值條件下的處理效果如圖2所示。由圖2可知，總體而言，隨著pH值的逐漸增大，各重金屬離子的去除率不斷提高，電絮凝過程產生的微絮體主要是高價金屬的羥基化合物，較高的pH值對微絮體的生成有利，從而處理效率更高。當pH值在7．0～9．5之間變化時，總鉻的處理效果理想(去除率穩定在99．5%以上)，且受pH值的影響很小。這可能是因為進水中總鉻主要以六價鉻形式存在，經過電解還原形成三價格，在較低pH值條件下也能有較高的去除率［15］。總鉛、總鎳、總鉻的去除率隨pH值的變化較大，這可能與金屬氫氧化物的溶度積有關。從圖2中還可看出，當進水的pH值高于8．5時，各重金屬離子的處理率均理想，因此在處理含多種重金屬離子的廢水時，應盡量將進水pH值調節至8．5～9．0;當處理含單一重金屬污染物時(如含六價鉻廢水)，可根據進水重金屬濃度情況，適當選擇較低的進水pH，可減少pH調節藥劑用量，降低運行成本。

2．2電導率對處理效果的影響當電流密度為10．2A/m2，重金屬進水質量濃度為20mg/L，處理時間為3min，進水pH值為8．5～9．0時，電導率對重金屬離子去除率的影響如圖3所示。能耗及槽電壓隨電導率的變化趨勢如圖4所示。從圖3可以看出，電導率對電絮凝裝置的處理效果影響不大，但它是電絮凝處理技術的一項重要參數。從圖4可以看出，恒流輸出條件下，電絮凝設備的功耗和槽電壓隨電導率的增大而不斷降低。試驗條件下，當進水電導率低于2000μs/cm時，槽電壓降低至10V以下，能耗降低至0．4kW•h/t以下。維持過高的電導率可能會導致加藥量增加，運行成本上升，同時槽電壓降低使電解氧化還原作用減弱。綜上所述，在實際的運行操作過程中，要綜合考慮藥劑成本、電價及能耗。通過研究結果，建議電絮凝用于處理重金屬廢水時，進水電導率宜控制在1500～2000μs/cm。

2．3停留時間對處理效果的影響控制電解槽內電流密度為10．2A/m2，各重金屬進水質量濃度為20mg/L，進水pH值為8．5～9．0，電導率為1500～2000μs/cm時，廢水停留時間對處理效果的影響結果如圖5所示。由圖5可知，停留時間對不同重金屬離子的去除率影響略有不同，但處理效果隨停留時間的大致變化趨勢是一致的，隨著處理時間的延長去除率不斷提高。當處理時間達到2～4min時，處理效果基本都達到最佳狀態。廢水在電絮凝裝置中的停留時間不宜過長，否則將造成設備體積的增大。從電絮凝設備對多種重金屬離子的處理效果來看，停留時間為3～4min時能保證處理效果，同時也能滿足大規模的生產應用。

2．4廢水初始濃度對處理效果的影響當電流密度為10．2A/m3，進水pH值為8．5～9．0，停留時間3min，電導率為1500～2000μs/cm時，不同廢水初始濃度條件下，電絮凝設備的處理效果如圖6所示。從圖6可以看出，在電流密度恒定為10A/m3的條件下，對各重金屬的去除率隨廢水初始濃度的增大而逐漸降低。對不同種類重金屬的影響有所差別，對總鉻的去除率影響尤為明顯，在重金屬質量濃度超過20mg/L時，對總鉻的去除率低于60%，這可能是電解還原作用不夠，部分鉻未被還原為三價鉻的緣故。較高濃度條件下，對其他重金屬的去除率也低于90%。當進水的重金屬離子濃度較高時，要達到理想的出水水質，可通過提高電流密度的方式實現，但與此同時能耗增大。因此，電絮凝技術更適用于重金屬廢水的深度處理，對于高濃度重金屬廢水，應先進行預處理，再進行電絮凝處理，在保證處理效果的同時可盡量降低運行成本。

2．5電流密度對處理效果的影響當進水中各重金屬質量濃度為30mg/L，進水pH值為8．5～9．0，電導率為1500～2000μs/cm，留時間為3min時，考察了電絮凝裝置的電流密度對處理效果及電極損耗的影響，結果如圖7、圖8所示。由圖7可知，當進水各重金屬離子質量濃度為30mg/L時，電流密度對不同的重金屬離子的處理效果有所區別，但處理效果隨電流密度的提高變化趨勢均為升高，且當電流密度為16．5A/m2時，處理效果均達到最佳狀態，繼續提高電流密度對去除率的提升并不明顯。因此最佳電流密度取值范圍為13．2～19．8A/m2。電流密度是電絮凝處理設備的一項重要參數，從圖8可以看出，隨著電流密度的升高，極板的消耗速率也不斷提高，在電流密度為15～20A/m2時的極板消耗速率為16～24g/(m2•h)。電流密度對金屬極板溶出量(高價金屬離子)具有決定性的影響，從而影響微絮體的形成量(微絮體主要為高價金屬離子的羥基化合物)，對重金屬處理效果影響較大。從圖7還可以看出，電流密度不宜過高，當電流密度升高至一定范圍時，其處理效果隨電流密度的升高并沒有明顯的變化，但與此同時電能損耗與極板消耗依然在增加。因此應根據廢水的具體情況，選擇合適的電流密度，不僅可保證處理效果，同時可在一定程度上降低能耗與極板消耗。

3結論

電絮凝法能有效處理含多種重金屬污染物的廢水，特別適用于含重金屬廢水的深度處理，通過試驗研究發現:1)在一定范圍內提高pH值可明顯提高處理效果，但不宜過于提高進水pH。在處理含多種重金屬離子的廢水時，最佳進水pH值范圍為8．5～9．0。2)電導率對電絮凝裝置的處理效果影響不大，但恒電流密度條件下，電絮凝設備運行功耗和槽電壓隨電導率的增大而降低，因此本試驗電導率的最佳值為1500～2000μs/cm。3)本試驗條件下，處理效果隨處理停留時間的延長而增強，但超過3min則變化不明顯。在同時處理多種重金屬時，宜控制處理停留時間為3～4min。4)在進水濃度條件下，處理效果隨電流密度的增大而增強，過高的電流密度并不能使得處理效果得到進一步提升，反而會增加電能損耗與極板消耗。本試驗條件下，最佳電流密度選擇為13．2～19．8A/m2。5)電絮凝處理技術宜用于含重金屬廢水深度處理，進水重金屬廢水濃度應控制在20mg/L以內。對于高濃度重金屬廢水，應先進行預處理，再進入電絮凝處理，以保證處理效果并降低成本。

作者：熊道文熊珊陳湘斌虞少嵚王合德單位：中南勘測設計研究院水處理湖南省工程研究中心