电絮凝—流态化微电解耦合法处理含重金属与氟离子冶炼废水的研究

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在我国(越南),冶炼工业是国民经济的支柱产业,随着我国的快速发展,冶炼工业也快速增长,产生大量的冶炼废水。由于冶炼废水存在成分复杂、废水量大、硫酸浓度高、毒性高等问题,所以不达标处理的废水严重危及矿厂周边生态环境和国民健康。因此,世界上已有大量学者对重金属废水的处理开展了研究。目前,国内外处理废水中的重金属离子,最常用的方法是石灰沉淀法,但该法存在较多问题如:产生大量沉渣、处理后出水中钙离子浓度偏高、氟离子处理效果常达不到排放要求等。因此,研究治理冶炼废水的新方法是非常必要的。近年来,国内外学者(特别是本课题组)采用铁炭微电解法处理锌铅冶炼废水,结果表明:铅和铜的处理效果较好,主要是靠电化学作用去除;而锌,氟离子的电化学去除效果较差,主要靠絮凝作用去除。此外,本课题组等已开展了电解-微电解耦合法、微电解-化学絮凝耦合法、微电解-电絮凝(采用铁板)-化学絮凝耦合法等方法去除含重金属冶炼废水等方面的研究,但对废水中的氟离子的处理效果均未进行研究。单独采用微电解法处理锌铅冶炼废水虽然具有处理铅与铜效果好、操作维护方便、适用范围广、不耗电等优点,但该法处理氟与锌离子效果差、铁炭很容易结块、处理的时间长等。电絮凝法具有处理时间短、污泥量低等优点,但电耗大。若结合电絮凝和流态化微电解法,则能克服常规方法的缺点。因此,本论文进行了电絮凝-流态化微电解耦合法同时去除冶炼废水中重金属及氟离子的研究。主要研究内容及结果如下:(1)试验采用电絮凝-流态化微电解耦合装置,电絮凝分别采用铝板和铁板作为电极板,在阳极板与阴极板之间填充铁炭颗粒,铁炭颗粒处于流态化状态;同时,试验采用正交试验研究各因素对电絮凝-流态化微电解耦合法同时处理含重金属与氟离子废水的影响,得到最佳处理工艺参数。在最佳处理工艺条件下,采用该法处理实际废水,并与其他方法进行效果对比。(2)研究表明,采用电絮凝-流态化微电解耦合法有效的提高了废水中铅、锌、铜及氟离子的去除速率和效果,当采用铁板为电极时,对废水中铅、锌及铜离子处理效果较好,但氟离子的去除效果很差。而采用铝板为电极时,废水中铅、锌、铜及氟离子的去除均较好,且效果稳定。原因是:废水中氟离子的去除主要是由于反应AlnFm(OH)3n-m沉淀。(3)电絮凝-流态化微电解耦合法对处理模拟废水的最佳条件为:采用四个铝板、初始的pH值4、停留时间30min、微电解铁炭量45g、铁炭粒径20-27mesh、电压5V与氯化钾0.5g/L,对模拟废水中Pb、Zn、Cu及F离子的去除率分别为99.0%、98.8%、99.6%、94.1%,处理后出水中Pb、Zn、Cu及F离子的残留浓度均低于《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准值。(4)研究表明,采用电絮凝.流态化微电解耦合法处理锌铅冶炼废水,铅、锌、铜及氟离子的初始浓度对铅、铜离子处理效果影响甚微,但对锌、氟离子处理效果影响较大。其原因主要是处理出水pH对锌、氟去除的影响较大,初始浓度变化会导致处理后的pH值发生变化(pH值在4-7范围内发生变化),从而影响废水中锌、氟离子的去除。若处理后pH值较大,则锌离子的去除效果较好;若处理后的pH接近6,则氟离子的去除效果较好;而pH>6或<6,氟离子的去除效果均不佳。(5)采用电絮凝-流态化微电解耦合法,在最佳条件下,对于锌铅冶炼实际废水处理后出水中Pb、Zn、Cu、F、Cd与总砷离子残留浓度分别为<0.001mg/L1.643mg/L、<0.001mg/L、3.833mg/L、0.064mg/L、0.004mg/L;去除效率分别为接近100%、96.7%、接近100%、98.4%、99.0%、99.9%,出水其离子的残留浓度都低于《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准值。另外,电絮凝-流态化微电解耦合法处理后,出水应进行固液分离,以避免后续AlnFm(OH)3n-m↓反溶产生第二次氟离子污染,然后再采用石灰调节pH值到9进行化学絮凝处理,此时处理后的出水能保证Pb、Cu与总砷离子的残留浓度均低于《地表水环境质量标准》GB3838-2002中Ⅰ类水质标准,Zn离子低于《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准,F与Cd离子都低于《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准值。论文主要创新点如下:(1)设计了一种新型电絮凝-流态化微电解耦合法的装置。(2)对比研究了铁板和铝板作为电极板时,电絮凝-流态化微电解耦合法去除重金属和氟离子的协同去除效果和影响因素,得到了最佳处理工艺参数。(3)废水去除机理为:废水中铅、铜离子主要是通过还原作用去除;锌离子主要是通过絮凝、共沉淀作用去除。采用铝板作为电极板时对氟离子去除效果好的主要机理是氟离子易与铝离子形成AlnFm(OH)3n-m沉淀而去除。
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