电絮凝-生物吸附法处理电镀废水的研究

黄小兵， 张海涛， 吕艳纯， 陈红辉， 杨基峰， 陈亚超

（1.湖南文理学院 化学化工学院，湖南 常德415000；2.安阳文峰缸套有限责任公司，河南 安阳455000；3.东莞丹化化工贸易有限公司，广东 东莞523073；4.常德力元新材料有限责任公司，湖南 常德415001；5.郑州磨料磨具磨削研究所，河南 郑州450001）

0 前言

随着电镀工业的快速发展和环保要求的日益提高，目前电镀废水治理已进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段，资源回收利用和闭路循环是发展的主流方向［1］。

由于电镀废水水质比较复杂，通常含有多种重金属离子，为了达到更好的处理效果，常将几种工艺组合以确保出水达标排放，如离子交换-电解组合工艺、混凝沉淀-膜处理组合工艺等。但这些工艺目前均存在运行成本高、对低浓度废水处理不彻底等缺陷。而生物吸附技术具有处理效率高、价格低廉等优点，被认为是一种极具前景的处理方法，其处理对象为低浓度重金属废水；电絮凝技术则具有快速、易控、所需化学物质少、处理效率高和污泥产生量少等优点，其处理对象为高浓度电镀废水。本研究将两种方法有机结合，有效地解决了混合电镀废水的处理问题。

1 实验

1.1 废水性质

废水取自常德某电镀厂。其水质情况为：Ni2＋630mg／L，Cu2＋420mg／L，Fe3＋50.5mg／L，总铬18mg／L，pH值2.46。

1.2 工艺流程

混合电镀废水的处理主要采用以铁作为阳极、不锈钢作为阴极的电絮凝装置，同时结合以酵母菌为吸附剂的吸附设备。具体工艺流程为：废水收集超微过滤工艺调整电絮凝生物吸附金属脱附。

2 结果与讨论

2.1 酵母菌吸附参数的优化

自然界中可以用作生物吸附的原料非常广泛［2-3］。目前的生物吸附实验主要集中在废物原料和海洋藻类生物上。菌类对重金属污染物有一定的抗性和解毒作用，能有效地吸附、转化并回收重金属［4］。本实验对不同种类的微生物进行对比，通过批处理吸附实验研究酵母菌对各种重金属的吸附性能。结果表明：在低质量浓度下（100mg／L以下），经酸化处理的酵母菌对重金属的吸附能力较强，其最大吸附容量为3g／g左右，比常规菌种的吸附能力更强。因此，最终采用酸化处理酵母。

2.2 电絮凝工艺研究

文献［5］系统地研究了电絮凝技术处理废水的工艺参数。在研究过程中将电絮凝阳极由铝板改为铁板，通过小试对各种参数（包括电流密度、pH值和电极间距）进行了再次优化。

2.2.1 pH值对重金属的去除率

图1为pH值对重金属去除率的影响。由图1可知：当pH值为2时，去除率较低；当pH值升至4以上时，去除率达到92%以上；当pH值调节至9时，去除率略有下降。总体而言，pH值在6～8之间，去除率最高。

图1 pH值对重金属去除率的影响

2.2.2 电极间距对重金属的去除率

电极间距直接影响到阴极和阳极间施加的电压大小，从而影响到电化学极化的大小。图2为电极间距对重金属去除率的影响。由图2可知：当电极间距从2cm升至6cm时，Ni2＋，Cu2＋和总铬的去除率均下降。随着电极间距的加大，电压升高，整个电絮凝体系的电化学极化减小，对溶液中金属离子的吸附能力降低。因此，比较合理的电极间距为2cm。

图2 电极间距对重金属去除率的影响

2.2.3 电流密度对重金属的去除率

图3为电流密度对重金属去除率的影响。由图3可知：随着电流密度的增加，去除率逐渐增大；但是当电流密度升至4.65A／dm2以上，去除率变化不大。

图3 电流密度对重金属去除率的影响

2.3 结果验证

为验证本设施的可靠性，对电镀废水中Ni2＋，Cu2＋和总铬的质量浓度进行为期三天的连续监控，图4～图9为监测结果。

图4 电絮凝前后Ni 2＋的质量浓度变化

图5 电絮凝前后Cu2＋的质量浓度变化

图6 电絮凝前后总铬的质量浓度变化

图7 生物吸附前后Ni 2＋的质量浓度变化

图8 生物吸附前后Cu2＋的质量浓度变化

图9 生物吸附前后总铬的质量浓度变化

实际运行结果表明：虽然Ni2＋，Cu2＋和总铬的质量浓度在电絮凝处理和生物吸附前出现一定的波动，但对后续处理均未产生明显的影响。在电絮凝前，Ni2＋，Cu2＋和总铬的质量浓度分别在450～600 mg／L，360～450mg／L和9.8～13.0mg／L之间波动。经电絮凝处理后，Ni2＋，Cu2＋和总铬的质量浓度分别下降至65mg／L，58mg／L和1.6mg／L以下。但随着溶液中金属离子质量浓度的逐渐降低，电絮凝工艺的去除效果不再变化。当进一步用生物吸附处理时，Ni2＋，Cu2＋和总铬的质量浓度均降低至0.041mg／L以下，低于电镀废水的排放标准，排放的废水完全能够达标。

3 结论

（1）电絮凝在处理高浓度混合电镀废水时，去除率能达到98%以上，但对于低浓度电镀废水的去除率非常低，仅为3%左右。

（2）采用生物吸附处理混合电镀废水时，优选工业废弃的酵母菌，不仅吸附金属离子的效果好，而且经济效益好。

（3）采用电絮凝-生物吸附联合工艺处理混合电镀废水，能有效地对复杂电镀废水进行处理，达到排放标准。

［1］冯彬，张利民.电镀重金属废水治理技术研究现状及展望［J］.江苏环境科技，2004，17（3）：38-40.

［2］胡厚堂，王海宁.生物吸附法处理水体中的重金属的现状与展望［J］.新疆环境保护，2003，25（4）：22-25.

［3］汤岳琴，林军，王建华，等.生物吸附研究进展［J］.四川环境，2001，20（2）：12-17.

［4］王保军，杨惠芳.菌物对重金属的抗性及解毒作用［J］.微生物学通报，1991，18（6）：352-355.

［5］储金宇，史兴梅，杜彦生，等.电絮凝法处理电镀废水中Crn＋，Cu2＋，Zn2＋的试验［J］.江苏大学学报：自然科学版，2011，32（1）：103-106.