关于含铜废水处理技术的分析

2. 2电流密度对除铜的影响

分别选取电流密度为10、30、50 和75 A˙m - 2 ,考察电流密度对除铜的影响,结果如图3 所示。从图3(a)中可以看出电流密度越大,铜的去除速率也越快。这可以解释为根据Faraday 定律,电流密度越大,阳极电解出铁离子就越多,相当于单位时间内加大了絮凝剂的投加量。由图3(b)可知,膜分离池溶液的pH随着电流密度的增加增长幅度越大,表明电流密度增大使得阴极也产生了更多的氢氧根。所以,电流密度的增大,一是促进氢氧化铁和其他羟基铁络合物的生成,从而发挥吸附架桥和网捕巻扫作用对铜进行去除[11] ;二是铜离子与氢氧根结合生成氢氧化铜,到达去除铜的目的。由图3(c)可知,电絮凝作为膜过滤的预处理,可以很好的减缓膜污染。膜通量的衰减随着电流密度的增大而减小,在30 min 的反应时间内,当电流密度大于30 A˙m - 2 时,膜的通量几乎没有衰减。这是因为反应器内阳极电解出的铁离子随电流密度的增大而增多,而且EC-UF 工艺是串联形式的连续流,为絮体的增长提供了一定的时间,这就使得在膜过滤反应器内的絮体粒径比较大,在膜表面形成比较疏松的滤饼层,从而减缓膜污染。虽然电流密度越大铜的处理率越高,膜通量的衰减率越低,但是考虑到能耗问题最佳电流密度选择J = 50 A˙m - 2 。

2. 3初始PH 对除铜的影响

分别选取初始pH 为2、4、6 和8,考察初始pH 对除铜的影响,结果如图4。由图4(a)可知随着初始pH 的增大,铜的去除率也在增加。因为在酸性条件下,二价铁氧化成三价铁的这一过程将被减弱,而且在pH 较低的情况下羟基铁络合物很难生成,溶解态铁盐难以有效发挥作用,所以铜的去除率减弱。在碱性条件下,二价铁更易氧化成三价铁生成氢氧化铁以及更复杂的聚合物,而且铜离子也很容易与氢氧根结合生成氢氧化铜,所以可以达到很好的去除效果。从图4(b)可知在初始pH = 2 的条件下,由于原水中存在大量的氢离子,所以随着反应时间膜分离池溶液的pH 变化幅度比较小。酸性条件下羟基铁络合物和氢氧化铜很难生成,因此Cu2 + 在铁板上发生了氧化还原反应生成了一层红铜色物质,铜的去除完全靠电沉积作用所以去除率不是很高。由图4(c)可知,膜通量在初始pH 为2、4、6 和8 的条件下几乎不衰减。在初始pH = 2 条件下,由于没有大量的絮体生成,而超滤膜对离子形态的粒子没有截留作用,所以膜通量没有衰减。而在初始pH 为4、6 和8 的条件下,由于絮体的粒径比较大,在膜上面形成比较疏松的滤饼层,从而减缓膜污染。

2. 4初始铜浓度对除铜的影响

分别选取初始C(Cu2 + ) = 5、20、40 和60 mg˙L - 1 ,考察初始C(Cu2 + )对除铜的影响,结果如图5。由图5(a)可知当初始铜浓度为60 mg˙L - 1 时,30 min 时处理效率到达93. 4% 。而当初始铜浓度小于等于40 mg˙L - 1 时,铜的处理率在20 min 时几乎达到百分之百。从图5(b)可知,在不改变电流密度的条件下随着初始铜浓度的增大,膜分离池溶液的pH 增加缓慢,表明在EC-UF 工艺中Cu2 + 在阴极与氢氧根生成氢氧化铜也是去除铜的一种方式。由图5(c)可知,在反应时间30 min 内,由于膜表面滤饼层的作用,初始铜浓度的大小对膜通量基本没有影响。综上可知,当初始C(Cu2 + )≤40 mg˙L - 1 时,EC-UF 工艺运行20 min,几乎可以将废水中的铜全部去除并有效的减缓了膜污染。

2. 5溶液初始电导率对除铜的影响

分别选取溶液初始σ = 0. 5、1、2 和3 mS˙cm - 1 ,考察溶液初始电导率对除铜的影响,结果如图6。由图6 可知,铜的处理率、膜分离池溶液的pH、膜通量的衰减都几乎不随溶液初始电导率的改变而改变。虽然电导率太大影响出水质量,但适当的增加电导率可以保证在电流密度不变的情况下有效的减少电能的消耗。综合考虑,溶液初始电导率选择2 mS˙cm - 1 。

3结论

1)EC-UF 是去除废水中铜离子的有效技术,其除铜效率较EC 高15% 左右,同时膜污染被有效缓解。

2)增加电流密度和溶液初始pH 能够提高铜离子的去除率,适当的增加溶液初始电导率不但不影响实验结果,而且还有效地减少了电能的消耗。

3)在工艺条件为:J = 50 A˙m - 2 、初始pH = 4 ~ 8、初始C (Cu2 + ) ≤40 mg˙L - 1 、初始σ = 2 mS˙cm - 1 、电解20 min,剩余铜离子浓度为0. 14 mg˙L - 1 ,去除率达到99. 6% ,达到污水排入城市下水道水质标准,而且膜通量在20 min 内仍然维持在最初的水平,几乎没有下降。