电絮凝法处理电镀废水中的铜、镍、铬

图
1　电流密度对金属离子去除率的影响
图2　处理时间对金属离子去除率的影响（min）
电絮凝法作为一种较为成熟的水处理技术，是一种高级的电化学水处理技术，它具有去除效率高，去除污染物范围广，集氧化还原、絮凝、气浮为一体、操作工艺和设备简单，不需添加化学絮凝剂，无二次污染等诸多其它物理、化学方法所没有的优点[1]。

目前，尽管电絮凝法的应用还没有十分普及，但在国外有一些国家，电絮凝工艺除实验室的研究外，已广泛用于处理印染废水、制药废水、造纸黑液和含氰、含铬电镀废水等，正在迈向工厂应用[2-5]。

因此如何进一步提高处理效率、降低能耗、选择最佳的电絮凝条件成为该技术推广和普及应用的关键。

1　实验
取一定量的含Cr 3+、Cr(VI)和Ni 2+、Cu 2+重金属离子的电镀废水(取自本地某电镀工厂车间污水排放口)于电解槽（容量为1000mL 的普通烧杯）中，阴极、阳极各为一块铝制电极（45 mm×55 mm×3 mm），平行且垂直地放入烧杯中，铝的纯度为99% ，用NaOH 来调节样品的pH 值，加入1.0g 的NaCl 以提高其电导率。

接线后开通电源，通过磁力搅拌器防止电解液所产生的浓差极化现象，调整电压、电流值。

开始计时，并定时每次取2mL 水样进行分析，采用紫外分光光度计（GB/T7466-1987，GB/T11910-1989，GB/T7473-1987）分别测Cr n+、Ni 2+、Cu 2+金属离子的质量浓度，计算金属离子的去除率。

废水水质如下：Cr n+：10.18mg/L，镍离子：40.21mg/L，铜离子：35.58mg/L，pH 2-6。

2　结果与讨论
2.1　电流密度对金属离子去除率的影响
处理时间为25min，pH 为8.0，电极板间距为2cm 时，不同电流密度对金属离子去除率的影响如图1所示。

电絮凝法处理电镀废水中的铜、镍、铬
张条兰,方秀苇,席会平
（河南质量工程职业学院,河南 平顶山 467000）
摘　要：提出了以铝板作为电极板，采用电絮凝法处理含铬、镍、铜电镀废水。

研究了电流密度、处理时间、电极板间距、pH、电导率等因素对铬、镍、铜离子去除效率的影响。

结果显示，在电絮凝过程中，在电流密度为5.0A/dm 2、pH 为6.0-8.0、电解时间为30min，极板间距为2cm 时去除效率最佳，能达到94%以上。

在电解的过程中，随着电流密度、电解时间的增加，三种离子的去除率不断增大，在一定范围内电极间距的减小可以使得离子的去除效果有所提高，而电导率对离子去除率的影响很小。

关键词：电镀废水；电絮凝；电导率；去除率
在5A/dm 2到6A/dm 2之间变化，去除效率反而呈下降趋势。

当电流密度达到5.5A/dm 2时，铬离子去除效率达到最大；继续增大电流密度在5.5A/dm 2到6A/dm 2之间变化时，铬离子的去除效率也开始下降。

其原因为电流是电絮凝过程中极板溶解、絮凝及气浮作用的动力来源，除决定了絮凝剂的产生总量，还决定了气泡产生速率。

起初随着电流密度的增大，絮凝剂产量增多，气泡产生速率变快，絮凝能力不断加强，
从而快速而有效地去除了重金属离子[7-8]。

与此同时，阳极的电流密度直接影响了阳极氧化的反应速度。

综合因素考虑，电流密度应控制在5A/dm 2为宜。

2.2　处理时间对金属离子去除率的影响 在电絮凝设备极板间距为2cm，电流密度为5 A/dm 2，pH 值为8.0，通过控制进水流量使处理时间分别为10，20，30，40，50，60min，不同处理时间对铜离子、镍离子、铬离子去除率的影响如图2所示：
由图1可见，电流密度在1 ~ 5A/dm 2之间变化时, 随着电流密度的增加，铜离子、铬离子、镍离子的去除率逐渐增加，当电流达到5A/dm 2时，镍离子、铜离子去除效率达到最大；继续增大电流密度
由图2可见，控制电流密度在5A/dm 2的情况下，时间从10 min 增加到25min 时，设备对金属离子的处理效率比较明显。

当处理时间达到30min 的时候，金属离子的去处效果达到最佳状态。

当时间超过超过30min 后，处理时间的进一步延长对去除率的提升并不明显，去除率变化不大，趋于稳定。

这主要是电絮凝法的处理效果达到饱和临界点，所以反应时间继续增加，处理效果并不能无限增长[9]。

另外，随着时间增加，金属极板容易发生钝化形成一层疏松保护膜，影响铝电极溶解和自由基的产生量，导致絮凝剂铝离子产生量减少和氧化效果减弱，继续增加反应时间对去除效果意义不大。

并且随着时间的增加电能消耗增加，处理成本随之增长。

因此合理的处理时间为30 min 为宜。

2.3　电极板间距对金属离子去除率的影响
电极间距对电流影响最直接，电极间距小，电絮凝处理效果较好，能耗较小，但间距小不利于设备的加工；电极板间距增大则溶液电阻增大，导致耗能较大，且电絮凝效果也较差。

因此将电极板间距分别取为1、2、3、4和5 cm，在pH 值为8.0，电流密度为5.0 A/dm 2，电絮凝时间为30min 作用条件下的实验结果如图3所示：
图
3　电极板间距对金属离子去除率的影响
图4　pH
对金属离子去除率的影响
图5　电导率对金属离子去除率的影响
由图3可知， 在极板间距为1cm 到2cm 增长时，三种离子的去除率增加，在极板间距为2cm 时铬离子与镍离子的去除率达到最大值，在极板间距为2.5 cm 铜离子的去除达到最大值。

其原因是电极间距小，阴极区电解产生的气体所形成的气泡使在阳极形成的复合物迅速上升，导致电极反应加快，加速阳极的铝进一步溶解，使金属离子取得较好的去除效果。

极板间距越大，电压相应越高，电能消耗也增大。

综合考虑，电极间距取2cm 为宜。

2.4　PH 值对金属离子去除率的影响
控制电极的极板间距为2cm，电流密度为5.0 A/dm 2，通电时间为30min，将电镀废水的pH 分别调到4.0、5.0、6.0、7.0、8.0和9.0进行试验，比较金属离子去除率的变化，结果如图4：
由图4可见，在电流密度为5A/dm 2、电解时间为30min、极板间距为2cm 时，电絮凝法对金属离子的去除率随pH 的增大而提高，当pH 值为6~9时，金属离子的去除率达到93%以上且保持平稳。

初始pH 大于9时，随pH 的增大，铬离子的去除率减小。

其原因是电絮凝对金属离子的处理首先是在电场的作用下阳极溶解生产铝离子，再经过水解反应生成氢氧化铝及其多核胶体，从而絮凝捕获金属离子及其氢氧化物。

因此，pH 宜控制在6~9之间。

pH 值为9时，铬离子的去除效果最好，进一步增大pH 值，铬离子的去除率又降低，是由于氢氧化铬也是两性氢氧化物。

2.5　电导率对金属离子去除率的影响 在电絮凝设备极板间距为2cm，电流密度为5 A/dm 2，pH 值为8.0，分别加入0.8g、0.9g、1.0 g、1.1 g、1.2g 的氯化钠控制溶液不同的电导率，不同电导率对金属离子去除率的影响如图5。

从图5可看出，随着电导率的增大，金属离子去除率稍有增大，但影响的效果并不十分明显。

适当地提高废水的电导率可以在保证电
流密度不变的情况下有效地降低电压，从而降低能耗。

但Cl -本身对电极极板有腐蚀作用，强浓度的NaCl 会缩短电极极板的使用寿命。

因此NaCl 的质量浓度应该以l. 0 g/L 为佳。

2. 6　最佳电絮凝工艺条件
实验结果表明，最佳电絮凝工艺条件为：电流密度应控制在5A/dm 2为宜，pH 在6-9范围内，极板间距为2cm-2.5cm，电解时间控制在30min，能达到理想的去除效果，金属离子去除率达到最佳值。

3　结论
电絮凝综合了化学混凝和电化学的优点成为了一种高效去污的电化学方法，可较好同时去除多种金属离子污染物的电镀废水。

虽然电絮凝技术具有许多常规水处理工艺没有的独特优势，但也有局限性，主要表现在：（1）极板很容易因形成氧化膜而钝化，对电絮凝的处理效果有很大影响；（2）有关电絮凝方面的很多理论还不成熟，尤其是对电絮凝反应器成型设计的这一理论的缺乏，因此对于一种特定水质，采用什么结构的反应器、怎样优化去除率仍需进一步研究。

参考文献：
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[4]Nida M. Salem. Biosorption of Ni(II) from electroplating wastewater by modified (Eriobotrya japonica) e[J]. loquat barkJournal of Saudi Chemical Society ，2014，18：379-386.[5] E1一Ashtoukhy E S Z，Amin N K．Removal of acid green dye 50 from wastewater by anodicoxidation and electrocoagulation：a comparative study[J]．Journal of Hazardous Materials，2010，179(1/2/3):113—119．
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[8]求渊，施勇琪等.脉冲电絮凝处理电镀含铬废水的实验研究[J]. 环境工程学报,2009,3(06):1030-1032.
[9]杨波,李影影等.铝板电絮凝去除水体中镍离子的研究[J].深圳大学学报理工版,2014,31(04):415-419.
作者简介：张条兰（1978-），女，讲师，硕士研究生，主要从事：
电镀废水的研究。