废水中微细颗粒的逆流电解浮除法运行条件研究

秦序

（陇南师范高等专科学校，甘肃 成县 742500）

废水中微细颗粒的逆流电解浮除法运行条件研究

秦序

（陇南师范高等专科学校，甘肃 成县 742500）

含微细颗粒废水进槽体上端进流(由槽体底端出流)使水流方向与底层电解产生气泡上浮方向，形成逆向流况，并透过流况分别观察其颗粒—气泡碰撞行为，探讨其对浮除效率的影响.由电解产气易于获取较稳定的粒径及均匀分布特性，有利于控制电解产气量及水力负荷流况，以获取较稳定的实验条件，探讨较佳流况条件.另外，经由SS/重金属去除率及粒径监控分析，分别评估其浮除成效及其最适合操作条件.研究结果显示，于较大流量92mL/min时，应适度调升电流2Amp(即产气量)搭配，则浮除效率仍可达88%，亦即可提高处理负荷.

微细颗粒；电解浮除；重金属

1 前言

改革开放三十年来，国内中小企业和工厂如雨后春笋崛起，带动了国家的经济增长.但是，工厂排出的废物对环境造成的污染问题日益严重，尤其以电镀金属表面处理工业和染料工业所排放的含重金属或染料废水最为突出.电镀/金属表面处理工厂及染整工厂，对整体经济的发展虽有卓越的贡献，但是在制程运作期间，由于镀件的清洗/镀液的老化，而排放出大量含Cu、Zn、Ni、Cd等重金属离子的废水，均须加以妥善处理，否则将造成严重的环境污染.目前一些传统的处理方法诸如化学混凝等虽可将流出水质处理以后达到环保标准，但是所产生的污泥尚不能有效地处置，易形成二次污染［1］.

虽然国内大部分电镀厂有传统的化学混凝沉淀处理程序，但是实际上面临诸多困难点，导致处理成效不佳.问题包括：(1)多属小规模者，土地空间小，扩充空间不够，限制废水处理设备及功能.(2)传统沉淀法所需面积较大，而且对于快/慢混及添加剂的操控性不易及不适，以至胶羽颗粒形成不佳，沉淀性不好.(3)沉淀池污泥排出的操控性不佳，造成污泥沉积严重，减少有效容积，相对增加水力负荷，以致微细颗粒溢流影响水质.(4)沉淀池排泥的污泥含水率较高，后段仍需污泥浓缩单元.

此外，近年来包括半导体制造(包括芯片加工、制罩、皮模工程、照相制版、腐蚀、研平)及印刷电路版制造等电子信息相关产业，在国内有大幅度的成长，其经济产值贡献占有相当大的比例，然而在制造过程中的精密研磨(化学机械研磨)及抛光加工(印刷电路版铜箔)，均产生超微细颗粒，其颗粒平均大小约为60nm，其混凝/沉淀成效欠佳，处理上甚为困扰［2］.本研究是使用浮除槽将含微细颗粒废水由槽体上端进流(由槽体底端出流)，使水流方向与底层电解产生的气泡上浮方向形成逆向流况，并透过流况分别观察其颗粒—气泡碰撞行为，探讨其对浮除效率的影响.由电解产气易获取稳定的粒径及均匀分布的气泡，有利于控制电解产气量及水力负荷流况，以获取较稳定的实验条件，探讨较佳的流况条件.

2 实验部分

仪器与设备：浮除槽、LS-609型激光粒度仪.

原料与试剂：工厂排放的含Cu、Zn、Ni、Cd等重金属离子的废水.

本实验的主要内容简要说明如下：

2.1 先以批次式电解浮除实验方式获取基本数据，以供后续研究参考.包括：NaDS适当剂量、浮除时间.

2.2 分别对含Cu废水及芯片加工废水进行电解浮除，主要系针对以微细颗粒的特性，并以连续流式电解浮除方式以提升处理负荷为目标，探讨最佳负荷及浮除条件.

2.3 控制因素包括：NaDS剂量、电流、流量、时间.

2.4 分析项目包括：颗粒粒径分布、Cu浓度、SS、去除率.

3 结果与讨论

3.1 批次式电解浮除

3.1.1 NaDS剂量对电解浮除重金属Cu的影响

含Cu的电镀废水中添加S/M=1的NDDTC螯合剂，形成不溶性的螯合物颗粒，添加以不同NaDS剂量（10，40，96，44，288mg/l）并以批次式电解浮除.其电解浮除结果显示，较高NaDS剂量（96，144，288mg/l）对浮除效率并无帮助，而NaDS剂量减至（40，10mg/l），则浮除效率提升90.6～98.4%.如表1所示浮除10分钟即可达到96.9﹪的去除率，而浮除30分钟所提升的浮除效率有限(至98.4%).

表1 NaDS剂量对电解浮除法含Cu重金属废水的影响

3.1.2 NaDS剂量对电解浮除芯片加工废水的影响

经参考前项NaDS剂量，本实验以添加NaDS剂量（5,10,20,30,40mg/L），并批次电解浮除芯片加工废水10分钟，如表2所示，以添加NaDS10mg/L时，其浮除效率可达84.7%（残余SS17mg/L）为最佳.故此提供下一阶段以连续流实验的重要参考依据.

表2 NaDS剂量对电解浮除芯片加工废水的影响

3.2 连续流电解浮除

3.2.1 进出流量变化对电解浮除的影响

经前阶段试验得知，以NaDS10mg/L为最佳添加剂量，并以连续进出流控制方式进行电解浮除芯片加工废水的实验，流量控制(50,60,78,92,100mL/min)，以1Amp电流进行电解浮除.如表3所示，于最大流量110mL/min时，浮除率仅为73﹪，SS仍高达51mg/l；随着控制流量的递减，至50～66mL/m in时则浮除率可提升至88%，SS维持21～22mg/L.由实验结果得知，最大流量将增加流体与气泡/SS的相对速度，造成较大乱流（扰动）而影响浮除效率.

表3 进出流量变化对电解浮除效率的影响

3.2.2 改变电流对电解浮除的影响

分别以1，2，3Amp电流及控制50及92mL/min流量进行电解浮除，如表4所示，较大流量负荷对连续式电解率有相当程度降低效果，此结果与前节所述一致.但若适度提高电流（即增加气泡量，并同时增加气泡粒径），如以2Amp电流电解浮除时，较大流量92mL/min者，亦可有效提升浮除效率达88%.然而，当电流增至3Amp时，浮除效率则明显下降；而且，根据实验观察浮除槽的流体流况有很明显的对流情形，此乃大量气泡量上升所造成因流体流况改变所致.

表4 改变电流对电解浮除的影响

3.3 粒径分布特性分析

3.3.1 电解气泡及Cu螯合物的粒径分布

电解浮除系于阳离子产生O2，阴极产生H2，如图1所示于NaDS=0mg/L时，气泡粒径分布为40～150μm，若NaDS10mg/l时，则气泡粒径可降至20～50μm.

图1 电解气泡粒径分布

含Cu废水经添加NDDTC形成Cu-NDDTC螯合物的粒径分布为80～500μm或以上（见图2），当然，NaDS的添加影响螯合物的颗粒凝聚，颗粒粒径分布小.

图2 Cu-NDDTC螯合物颗粒粒径分布

3.3.2 NaDS对粒径分布的影响

芯片加工原废水中SS粒径分布，如图3所示，其中小于1μm颗粒或大于50μm属少量者，另表5所示分别以0.45及0.2μm滤纸过滤，予以探讨其粒径分布情形，但经浮除后，则以NaDS剂量添加变化，影响并不显著.但经浮除后，则以NaDS10mg/l剂量时，残余SS2mg/L为最少，而且如图4所示，浮除后SS粒径为属小于0.5μm者，且为微量.显示NaDS剂量显著影响浮除效率.

表5 NaDS添加剂量对芯片加工废水粒径分布的影响

图3 芯片加工废水SS粒径分布

图4 芯片加工废水经电解浮除SS粒径分布

4 结论与建议

本研究经改良的浮除槽配合模块化设计及具设置扩建弹性，更能以较小的反应槽需用空间，达成较高的效能，能符合易于操控、低耗能的研究主要目标，也可以较少药剂添加仍维持良好效果而减少污泥产生量，也即能协助国内业者克服目前面临的困境，增进业者有确实操作的意愿.

本研究以较大流量负荷虽对连续式电解率有相当程度降低效果，但若能配合适度提高电流（即增加气泡量，并同时增加气泡粒径），予以电解浮除时，仍可有效提升浮除效率达88%以上.然而，当电流增加过量时，亦即大量气泡量上升所造成流体流况改变，浮除槽的流体流况有很明显的对流情形，则造成浮除效率明显下降.所以，此项研究具有很好的利用价值及深远的影响［3-10］.

［1］张忠祥,钱易.城市可持续发展与水污染防治对策［M］.北京:中国建筑工业出版社,1997.

［2］北京市环境保护科学研究院等.三废处理工程技术手册:废水卷［M］.北京:化学工业出版社.2000.

［3］魏振枢.铁氧体法处理含铬废水工艺条件探讨［J］.化工环保,1998,18(1):33-36.

［4］胡勇有.镀铬废水治理、资源回用技术及进展［J］.电镀与环保,1999,19(3):28-32.

［5］郑礼胜.用沸石处理含铬废水的试验研究［J］.环境工程,1997,15(3):13-15.

［6］钟铅光.镀铬废水废渣提铬除毒法:中国,1189463A［P］.1998-08-05.

［7］陈志勇,王辉.漂白粉氧化处理化学镀镍废液的研究［J］.电镀与环保,2001,21(4):30-31.

［8］余蜀宜.用陶土吸附处理含镍废水的研究［J］.化工环保,1998,18(4):199-202.

［9］蒋坤.13X沸石去除废水中镍离子的实验研究［J］.环境科学与技术,2003,26(6):23-24,30.

［10］沈品华.电镀废水治理方法探讨［J］.电镀与环保, 1998,18(3):28-30.

［责任编辑：刘昱］

Countercurrent Electrolysis Fine Particles Floating in W astewater Research Division Operating Conditions

QIN Xu
(Longnan Teachers College,Chengxian Gansu,742500)

The objective of this project is to upgrade the performance of the flotation.According to the modification of the condition of bubble and flow condition(counter flow,laminar flow,turbulent flow)was consideredin this project.The characteristics(feature)of the advances flotation iswith the counter-current,bubble blanket at the bottom layer,foam/sludge layer reflux/filtration at the upper layer.The results indicate that an enhamce ment of a high flow rate 92ml/min and increasing a suitable electricity-current 2Amp(the same as increasing the gas grow rate)cead to removalefficiency 88%.of suspended solid.

electro-flotation；fine particles；counter-current；heavymetal

X 703

A

1672-402X（2016）02-0044-04

10.13408/j.cnki.gjsxb.2016.02.010

2015-11-10

甘肃省自然科学基金“分子组装体的聚集行为及光电性能研究”(1308RJZK171)；甘肃省高校科研项目“有机/无机复合纳米粒子的制备及光电催化作用”(2013B－132).

秦序（1976-），男，甘肃武都人，陇南师范高等专科学校讲师.研究方向：化学实验教学和水处理.