微电解技术在含铜废水中的应用

文_叶巧苑 广州巨邦环保工程设备有限公司

铁碳微电解( micro-electrolysis)技术, 又称为铁炭法、铁屑法、内电解、铁还原等技术,是被广泛研究与应用的一种废水处理方法。

1 铁碳微电解技术去除铜离子的原理及说明

“微电解法”主要是用特制的催化铁碳一体化材料为填料，利用原电池原理将废水中的重金属离子去除。反应方程式为：

该工艺利用铁碳复合微电解技术，由铁释放电子，铜离子得到电子，发生化学反应，生成铜单质，沉积在铁碳复合微电解材料表面，铜离子得以去除。

根据化学反应原理，铁可以迅速置换铜离子，没有逆反应发生。铜沉积在铁碳复合微电解材料表面，与水分离，可定期回收金属铜。微电解反应将消耗填料，可视实际消耗量定期补充投加。采用反冲洗可将填料间截留的悬浮物冲洗出来，最终排至沉淀槽沉淀，防止堵塞，保证系统稳定运行。

2 微电解和混凝实验

2.1 采样及样品保存

2.1.1 采样点及采样次数

在现有的调节池设定一个监测点，于第1～4天的10：30、14：30以及18：00这几个时间段为采样时间点，进行了为期4天，共12次的取样。

2.1.2 样品采集及保存

在调节池固定的采样点于固定的采样时间，将采水瓶沉没到水面表层以下0.5m，待3～5min后,将瓶提出水面，瓶内水样倒入保存瓶待用。根据实验要求，保存瓶选择体积为2L的饮料瓶，待保存瓶内装满水之后，密封放入加有冰块的泡沫箱内，运回实验室。将所采集的水样编号，放入低于4℃的冰箱内保存，并在24h内对水样中的铜含量进行监测。

2.2 微电解和混凝实验

2.2.1 微电解和混凝实验步骤

①直接微电解。每天分别从已取的各时段调节池废水水样中取样1000ml，测pH值约为4，将这1000ml水样分成等量3份，然后进行微电解反应，分别摇晃搅拌10min、20min、30min，分别倒出相应反应时间后的水样200ml，经沉淀取上清液测定铜离子浓度及PH值。

②直接微电解然后混凝。取以上步骤分别倒出相应反应时间后的水样200ml，经沉淀取上清液测定铜离子浓度，调节pH值在8～9之间，投加适量PAC及PAM，进行沉淀后分别取上清液测铜离子浓度及pH值。

2.2.2 Cu的测定

铜的测定采用火焰原子吸收分光光度法，在此不再阐述。

2.3 微电解和混凝实验结果及分析

直接微电解和直接微电解然后混凝得到的水样进行Cu离子浓度和pH测定，结果列于表1。从表1中可见，随着微电解反应时间的增加，Cu离子的去除效率提高；直接微电解然后混凝去除效率进一步提高。反应时间10min左右，去除效率约15%，经混凝沉淀后去除效率约50%时；微电解反应20min左右时，去除效率约50%，混凝沉淀后去除效率达70%；反应时间在30min后，去除效率可以达到99%以上，经加药混凝沉淀后基本可以达标。

表1 直接微电解和直接微电解然后混凝得到的水样的Cu离子浓度 单位：mg/L

通过实验，可采用铁碳微电解法结合现有的工艺去除该线路板厂的含铜废水中的铜离子，经试验确定最佳运行条件是pH在3～4之间，停留时间大于等于30min。

3 工程应用

根据建设方提供的资料，本方案确定废水进水pH 3～4，Cu2+浓度110mg/L。每天来水量为2000m3/d，设计废水处理规模2000m3/d，按20h连续运行方式设计，即100m3/h。外排废水执行《广东省地方标准水污染物排放限值》（DB4426-2001）第二时段表2总铜执行一级标准，总铜浓度≤0.5mg/L。根据从工厂采水样并进行微电解和混凝实验得到的含铜废水的处理工艺参数的结果进行设计，进行工厂的实际工程应用。

3.1 原污水治理系统处理工艺流程及说明

3.1.1 原污水治理系统处理工艺流程图（图1）

图1 原污水治理系统处理工艺流程图

3.1.2 原污水处理系统处理工艺流程说明

含铜废水经过收集系统送入调节池后，在调节池内进行均质均量，然后由泵入混凝池调节pH至8～9，然后进入混凝絮凝反应池内，在PAC、PAM的作用下混凝进行破乳、絮凝成大块的絮状体，以便提高沉降效果。再进入平流式沉淀池进行泥水分离后进入砂炭过滤器进行过滤。

3.2 改造后污水治理系统处理工艺流程及说明

依据微电解及混凝实验结果，需在现有的污水处理系统中增加铁碳微电解系统。结合该厂实际情况，经过反复验算，将现有的调节池隔出三个部分，一部分仍作为调节池使用，一部分作为铁碳微电解反应系统，一部分作为缓冲池由泵送至现有的污水处理系统中。含铜废水经过收集系统在调节池内进行均质均量后，被泵入铁炭微电解反应池，通过一定的反应时间将铜离子还原；出水进入缓冲池，泵入原有的中和池调节pH至8～9，经原有混凝反应池出水进入原有的沉淀池进行泥水分离，处理后清水排放，铁碳微电解反应池内设曝气进行反冲洗，防止铁碳板结。工艺流程图见图2。

图2 改造后污水治理工艺流程图

3.3 处理效果

在增加铁碳微电解系统后，污水处理效果均能达到要求，且处理系统较稳定，所选取的工艺非常适用于该线路板厂含铜废水的处理，具体运行效果见表2。

表2 工程实际运行效果

4 结语

通过该厂铁碳微电解技术的实际应用，且通过对水体中总铜的连续监测，得到了以下结论：铁碳微电解技术对于处理含铜废水在进水pH在3～4，反应时间大于30min的情况下具有良好的处理效果，在今后的含铜废水的处理中能得到广泛的应用。