电絮凝处理含铜废水的试验研究

侯筱凡

（深圳市危险废物处理站有限公司 广东深圳 518049）

工业生产过程中，特别是电镀行业会产生大量的含铜废水，其含铜浓度高达几十到几万mg/L，如不经过适当处理直接排入水体，会给环境带来极大的危害。水中铜含量达0.01 mg/L时，对水体自净有明显的抑制作用；超过3.0 mg/L时，会产生异味；超过15 mg/L时，就无法饮用[1]。目前处理含铜废水的方法主要有化学沉淀法、电解法、吸附法、电渗析法、离子交换法、蒸发浓缩法、生物处理法等，这些方法虽有一定的成效，但仍然不同程度地存在投资大、处理效率低、可能造成二次污染、治理后的水难以稳定达标排放等问题。

电絮凝是一种对环境二次污染较小的废水处理絮凝技术。近年来，电絮凝技术已广发应用于各种废水的处理[2]，它不但效果显著，而且设备、操作简单，占地面积小，无需投加大量化学试剂，污泥量少，后续处理简单，并且随着电化学学科和电力工业的发展使得电絮凝用于废水处理的成本大大降低，竞争力不断增强[3]。本研究以深圳市某电镀厂的含铜废水为对象，对其重金属铜的去除效果进行试验研究，以为含铜废水的治理提供新的方法和理论依据。

1 试验部分

1.1 废水性质

废水取自深圳市某电镀厂电镀车间，废水中Cu2+质量浓度为100 mg/L，废水pH值为2.15。

1.2 试验流程及方法

试验装置如图1所示。

图1 电絮凝反应装置示意图

电絮凝实验装置为容量为2 L的圆柱形有机玻璃容器，阴极、阳极各为一块铝制极板，铝的纯度在95%以上，极板大小为60 mm×1 mm×50 mm，两块平行的铝板垂直地放入容器，用胶木夹固定。电流由恒流恒压电源控制，稳定电源输入电压范围为0~220 V，输出电压为0~30 V，输出电流为0~3 A。向容器倒入该厂的含铜废水1500 mL，通过加入配制好的NaOH、HCl来调节水样的pH，接线后开通电源，通过磁力搅拌器均匀搅拌溶液以防止电解液所产生的浓差极化现象，调整电压、电流值。通过计时，在相同的时间内对改变实验条件的不同溶液取样，采用国家标准检测方法测定Cu2+的质量浓度[4]。

2 结果与讨论

2.1 初始p H值的影响

当pH=6.0时，溶液中出现大量蓝色絮体，此时溶液中的Cu2+经测量后只有30 mg/L,因此为了更能说明电絮凝对于Cu2+去除作用，这里实验的pH只取到6.0，高于6.0的pH不予考虑。为了研究pH对电絮凝除Cu2+的影响，分别调节溶液的pH为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，在电流密度为 4 mA/cm2，极间距为 1 cm，电絮凝时间为30 min的条件下进行试验测定，结果如图2所示。

图2 pH对除Cu2+效果的影响

由图 2可看出，通电 30 min后，pH=2.0、3.0、4.0、5.0、6.0对应的 pH去除率分别为 15%、54%、82%、97%、94%。在pH=2.0~5.0的范围内，随着pH的升高，电絮凝对Cu2+的去除率也增大。而且反应过程中，不同pH下的电絮凝过程有着不同的现象。在pH=2.0时，由于生成的Cu(OH)2在较性条件下无法生成，因此在铝板上发生了氧化还原反应，生成了一层红铜色物质。随着pH的升高，溶液生成的蓝色絮凝物越来越多，溶液颜色也由天蓝色变为暗蓝色，说明溶液中的Cu2+浓度也在一直降低。在pH值为2~4的完全酸性条件下，阴极会产生过多的OH－，电絮凝过程中pH值有所升高，电絮凝对于Cu2+的去除以生成Cu(OH)2共沉淀为主。当pH值在4~8之间时，阳极产生的所有Al3+会形成聚合物（如Al13O4（和Al（OH）3沉淀[5-6]），这些Al的氢氧化物可以通过吸附架桥、沉淀物网捕作用去除废水中的Cu2+，使重金属得到有效的处理。通过以上分析可知，电絮凝在电流密度为4 mA/cm2、极间距为1 cm、pH=5.0的条件下，通电30 min，能去除97%的Cu2+，为最高处理效率。因此，最佳初始pH为5。

2.2 电流密度的影响

分别调节溶液的电流密度为 2、4、6、8、10 mA/cm2，在 pH=5.0，极间距为1 cm，电絮凝时间为30 min的条件下进行试验测定，结果如图3所示。

图3 电流密度对除Cu2+效果的影响

由图3可知，当电流密度在2~6 mA/cm2范围内时，电絮凝对Cu2+的去除率逐渐增大，这说明在一定时间内，随着电流密度的增加，导致了絮凝剂和OH－的增加，从而使Cu2+得到有效的去除。在电流密度为6 mA/cm2时，去除率达到了最大的98%。但在电流密度增加至8、10 mA/cm2时，电絮凝对Cu2+的去除率逐渐减小，造成这种情况的原因主要是因为随着电流密度的增大，加速了铝极板的钝化，极板的腐蚀使起电气浮作用的气泡变大，对絮凝体的剪切作用越明显，越易打碎絮体，造成Cu2+浓度升高。综合考虑，最佳电流密度为6 mA/cm2。

2.3 电极间距的影响

分别改变铝电极间距为 1、2、3、4、5 cm，在 pH=5.0，电流密度为6 mA/cm2，电絮凝时间为30 min的条件下进行试验测定，结果如图4所示。

图4 电极间距对除Cu2+效果的影响

由图4可知，电极间距为1 cm时，Cu2+去除率最高，基本上已经被完全去除。随着电极间距增大，电絮凝对Cu2+的去除率逐渐有少许减小。电极间距大小影响电流，当电极间距小，两极板间电阻变小，电流强度变大，使絮凝剂和OH－增加，电絮凝处理效果好，但是能耗会大，并且过小的电极间距容易使浮渣堵塞絮凝池，极板间容易造成短路而损坏设备；而电极间距大，虽然能耗小，但是电絮凝效果会较差。综合考虑，最佳电极间距为1 cm。

2.4 电絮凝时间的影响

在pH=5.0，电流密度为6 mA/cm2，极间距为1 cm的条件下，在不同的电絮凝时间下进行试验测定，结果如图5所示。

图5 电絮凝时间对除Cu2+效果的影响

由图5可知，初期电絮凝去除速度很快，随着时间变化，后期去除速度逐渐变缓。当絮凝时间为30 min时，去除率达到最高的98.5%；后面继续延长电絮凝时间，去除率基本没有太大变化。主要原因是初期随着时间延长，极板反应产生的絮凝剂和OH－越多，电絮凝对Cu2+的去除越好；后期继续延长时间，铝板容易钝化，其表面会形成一层疏松的膜层，阻碍铝电极的溶解，导致去除率变化不明显。综合考虑去除效果和能耗，最佳电絮凝时间为30 min。

3 结论

（1）电絮凝法处理电镀行业的含铜废水效果显著，能耗低，设备、操作简单，电絮凝对Cu2+的去除率最高能到98.5%。

（2）电絮凝对废水中Cu2+的去除效果与溶液初始pH、电流密度、电极间距、电絮凝时间等因素有关。综合能耗、实际操作条件等因素，电絮凝法处理含铜废水的最佳工艺条件是：初始pH=5.0，电流密度为6 mA/cm2，电极间距为1 cm，处理时间为30 min。

（3）通过改进工艺以提高电絮凝法的处理效率和降低能耗，是当前该技术的发展方向。随着电化学的不断深入研究，电絮凝在废水处理中将会有更广泛的应用。

[1]涂锦葆．电镀废水治理手册[M]．机械工业出版社，1989．

[2]冯俊生，许锡炜，汪一丰．电絮凝技术在废水处理中的应用[J]．环境科学与技术，2008，31(8)：87-89．

[3]宋均轲，钱斌．电絮凝技术在水处理中的应用[J]．广州化工，2011，39(14)：40-41,95．

[4]国家环保局．水和废水监测分析方法（第四版）[M]．北京：中国环境科学出版社，2002：344-399．

[5]Kobya M,Hiz H,Senturk E,etal．Treatment of potato chips manufacturing wastewater by electrocoagulation[J]．Desalination，2006，190(1/2/3)：201-211．

[6]Mouedhen G,Feki M,De Petris Wery M,etal．Behavior of aluminum electrodes in electrocoagulation process[J]．Journal of Hazardous Materials，2008，150(1)：124-135．