关于含铜废水处理技术的分析

铜是工业废水中非常常见的重金属,若不经适当的处理直接排入环境中,会严重威胁水生态系统健康,并通过食物链危害人体健康。目前处理含铜废水的方法主要有化学絮凝、离子交换、吸附法以及电絮凝等。电絮凝作为一种高效的水处理技术,具有:操作简单、产泥量小、避免使用化学药品、易实现自动化和设备化控制等优点 。但随着污染形势不断加剧和水质标准中重金属的限值日趋严格,电絮凝技术往往需要组合其他技术才能满足水质排放标准。膜过滤技术对悬浮颗粒、有机化合物、无机污染物如重金属有很好的处理效果,但膜污染制约了它的推广应用,电絮凝作为膜分离的预处理单元可以有效的减缓膜污染。所以,将电絮凝与膜分离技术进行组合,不但能够缩短水处理工艺流程,提高污染物的分离效率,而且能够有效减缓膜污染,提高膜通量,具有良好的协同效应。

本研究采用电絮凝-超滤(EC-UF)组合技术处理工业含铜废水,考察了电流密度J、初始pH、初始铜浓度和初始电导率对除铜的影响,分析了电絮凝与超滤组合除铜的机理,并探讨了膜污染情况,为EC-UF 除铜工艺在实践应用中提供了技术基础。

1材料与方法

1. 1实验材料

极板与膜材料: 实验中阳极、阴极均采用铁板,极板尺寸为115 mm × 65 mm × 2 mm ( 有效面积68 cm2 )。中空纤维式超滤膜组件由天津膜天膜集团公司提供。超滤膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF),膜孔径0. 03 μm。

模拟实验废水:向去离子水中加入CuSO4 ˙ 5H2 O,使Cu2 + 初始浓度保持在C(Cu2 + ) = 40 mg˙L - 1 。

溶液pH 用1 mol˙L - 1 的NaOH 和HCl 进行调节。向溶液中加入0. 5 mmol˙L - 1 的NaHCO3 作为缓冲物质,并用无水Na2 SO4 调节至电导率为2 mS˙cm - 1 。实验所用药品均为分析纯。

1. 2实验装置

实验装置如图1 所示。本实验采用自制有机玻璃槽(有效容积为450 mL) 作为反应器,极板间距20 mm。实验中采用DH1765-1 型程控直流稳压稳流电源(35 V,3A);采用磁力搅拌器对溶液进行搅拌,以使电解液在反应器内分散均匀。实验模拟废水经泵进入电絮凝池然后再进入膜分离池,一部分水经膜分离流出,另一部分因膜通量下降而逐渐滞留在膜分离池中的水经泵回流至原水池。

1. 3分析方法

pH 测定采用pH 测定仪(720,Thermo Orion,USA),总铜、总铁浓度的测定采用电感耦合等离子-原子发射光谱(ICP-OES OPTIMA-2000,PerkinElmer,USA),电导率的测定采用电导率仪(METTLER TOLEDO,S230),实验以相对通量J / J0 表征膜污染程度,TMP 和电子秤的读数采用相关传感器与相应的数据采集软件来记录。为防止电场对pH 计测量产生误差,通过测量膜分离池的pH 来间接反映电絮凝池内溶液pH的变化,膜分离池内溶液的pH 实时监测,由于溶液是先经过电絮凝池才进入膜分离池,所以膜分离池溶液的初始pH 要高于原水的初始pH。

2结果与讨论

2. 1EC-UF 除铜效能研究

对比研究了EC-UF 和EC 的除铜效果,结果如图2 所示。从图2(a)中可以看出,EC-UF 除铜的效率在过滤5 min 后便可达到85% 左右,随着电解的进行,在20 min 后铜的去除率可达到99. 6% ,且出水水质稳定,滤液余铁浓度低于10 mg˙L - 1 ,可以达到污水排入城市下水道水质标准。EC 对铜的去除率在30 min 时才能达到92. 9% ,而且从图2(a)中可以看出EC 工艺出水的铁浓度到达26 mg˙L - 1 ,已超出污水排入城市下水道水质标准。超滤膜有效提升了电絮凝除铜的效能,EC-UF 工艺在铜的去除率和出水质量方面上都明显优于EC 工艺。