微电解技术在电镀废水处理中的应用

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1、微电解技术在电镀废水处理中的应用摘要：电镀是一种典型的金属表面处理工艺，是利用电解方法在零件表面沉 积均匀、致密、结合良好的金属镀层或合金的过程。该技术应用较广，是大多数 行业生产过程中不可缺少的组成部分。但是，其工艺实践过程中会产生大量的电 镀废水，其水质复杂，有些含有重金属，如铬、铜、镍等。这些有毒有害物质可 通过多种途径侵染人体，对人体及周围环境的影响较大随着相关行业标准、地方 标准的制定和实施，电镀企业电镀废水治理工艺不仅要高效、稳定运行，更要满 足严格的特别排放限值要求。因此，电镀废水治理工艺的选择显得尤为重要。关键词：微电解技术；电镀废水；处理应用在工业生产中会产生大量废水,因此要

2、加强处理,不仅可以提升水资源利用率, 还能够减少环境污染。目前已经将微电解技术应用到工业废水处理中,并且取得 了良好成效,有效解决了面临的问题。随着工业发展,工业废水处理难度会增加, 所以要加强微电解技术研究,不断提升废水处理水平,推动我国工业可持续发展。 高浓度电镀废水是一种成分复杂、毒性较大,来源广泛的工业废水,也是危害较大 的环境污染源。近年来,国内外对高浓度电镀废水处理方法研究甚多,工艺各异, 如何结合工程实际具体使用成为环境工程中的一个重要决策。常用的方法有:离 子交换法、活性炭吸附法、化学法、气浮法、反渗透法等,但上述工艺均不同程 度地存在着工艺复杂、能耗高、占地面积大、运转费用高

3、、管理繁杂、有二次污 染等弊端。用微电解电化学法处理含重金属废水（包括电镀废水、印刷线路板废 水等）,是目前一种较好的新工艺。一、微电解技术原理（一）氧化还原作用电池反应会出现铁碳的微电解，因此必须将碳和铁放进电解质溶液中，以形 成二价铁离子的新形态，把一部分可以降解的有机物分解为小分子H+，大大提升 了可生化性。在阴极反应的过程中，会产生许多H+和O2-如果进行合成的为偏 酸性状态，那么氧化还原反应会出现在这些废水的合成中，有机大分子通过断链 降解，促使有机废水的色度完全消除，显著提升了废水的可生化性。（二）微电场理论因微电解中Fe级（正极）和C级（负极）在工作过程中存在一定电位差,从而产

4、生的电场。废水中不溶性颗粒和极性物质在电场作用下富集在电极附近,形成大 颗粒后沉淀,具有去除部分污染物的效果。（三）活性炭的物理吸附作用UIishi 多孔为活性炭最典型的性能，并且呈现大范围的表面积，为吸附剂的 一种类型，因为多孔和表面积大的特点，同时还有多孔的铁屑，所以两者的吸附 性能都很强，可以有效吸附废水中的有机物以及其他重金属，达到净化水质的效 果。（四）氧化还原理论由方程式1-1、1-3可知，酸性条件下产生Fe2+离子和原子H以及阳极Fe0能 改变废水中某些污染物的性质来提高废水可生化性,例如硝基苯类和偶氮有机物 被还原产生胺基。FeO是活泼金属，可以有效还原含Cu2+、Pb2+等属

5、废水,Fe2+离 子能降低含Cr2O72-废水的毒性,Fe0还可以还原硝酸盐。二、影响因素（一）pH由反应方程式 1-1 和 1-4 可知废水初始反应 pH 对于微电解具有显著的影响, 酸性条件下产生的电极电位差比中性或碱性产生的高。虽然酸性越强反应越快, 但是生成的Fe2+过多会导致产生的污泥量增加，以及废水溶液pH调整回中性时产 生额外的碱消耗，一般大多中试实验以及工业应用选择pH为37左右。利用微电解处理钻井废水时发现:pH4时COD去除率变化幅度不大;研究双甘膦 废水降解研究中利用微电解技术，考察pH值对COD去除率影响,pH=3时COD去除 率高达72%,其余情况下COD去除率都有所

6、降低。（二）停留时间为了使反应充分，最大限度地去除污染物，要保持一定的停留时间。若停留 时间过长，不仅效率低，而且阳极腐蚀量增加，使得出水中Fe2+及Fe3+等增加, 导致出水色度增加。由于进水水质的复杂程度、处理规模及运行参数的不同，各 工艺的反应停留时间略有差异，介于20180min，要依据实际情况进行试验分析 确定。（三）铁屑种类和粒径铁屑的种类决定了铁屑中碳含量,铁屑的粒径影响铁屑在反应过程中与废水 的接触面积。铸铁屑比铁刨花和钢铁屑处理效果好,但材料成本高,而铁刨花和钢 铁屑易得且属于废物再利用。相同一种铁屑活化后效果由于没有活化的;铁屑的 粒径理论上是越细越好,因为越细铁屑的比表面

7、积越大,反应效果越好,但粒径太 细不容易控制导致铁屑随水流出或直接在反应器内板结,一般选择在6080目之 间。在研究铁屑、铸铁屑及磁性铸铁屑这三种铁屑处理含铬废水,磁性铸铁屑效 果最佳。研究铁屑微电解技术处理船舶含油废水时,铁屑粒度（目）分为2040、 4050、6080、90,柴油基废水油份去除率分别为 65.1%、73.1%、92.1%、 93.2%,渣油基废水油份去除率分别为 57.2%、66.3%、90.1%、92.3%。从实验数据 来看粒度越大,油份去除率越高,但粒度在6080和90油份去除率相差不足3%, 考虑处理效率,粒度在6080目之间即可以取得良好的效果。（四）铁炭比寻求合适

8、的铁炭比可使废水中形成的原电池数量最大化，从而达到最佳的处理效果。有研究通过一系列试验得出最佳铁炭比，如表 1 所示。表2最佳铁炭比试验结果通过表 1 试验数据可知，由于进水水质的差异，得出的铁炭比略有不同。处 理较高 COD 浓度的废水时，建议调高铁炭比，处理较低 COD 浓度的废水时，建议 降低铁炭比，使其约为1:1。（五）曝气量由化学反应方程式1-2. 1-4可知有02参与，微电解电位差很大，对于处理效 果有很大影响。曝气可以增加铁屑与弹力的接触程度,避免出现板结现象。研究 微电解处理含氰废水时,考察了曝气对C0D的去除效果和Fe2+溶出量。曝气量从 0到300L/h,当曝气量=150L

9、/h时Fe2+溶出浓度为最高达到3g/L,此时COD的去除 率最高为61.6%。此后曝气量增加，效果变差，曝气产生的气泡阻止了填料与污染 物质的接触反应。应用微电解技术处理制药废水,控制其他实验参数对比曝气与 不曝气去除COD的效果，曝气情况下COD去除率比不曝气情况下COD去除率高 13.6%,实验说明曝气对微电解具有一定影响。三、电镀废水的危害由于电镀废水中的有害物质非常复杂，且其成分无法被有效控制。其中除了 含有铬、锌、镍等有毒有害的物质以外，还有石油类、悬浮物、磷酸盐等物质。 除此之外，很多工厂都会使用氰化电镀工艺生产产品，这种生产工艺产出的电镀 废水中含有大量的氰化物，危害性非常强烈

10、丄。一旦未经过任何处理就将电镀 废水排放到周边环境中，将会对附近水源甚至是周边的整体生态环境产生严重的 危害。例如，酸碱废水会让水体环境发生改变，影响水源的酸碱度，导致水中的 一些微生物难以生存；含有氰化物的废水有着巨大的毒性，沾染一点就会导致人 类死亡；含有重金属元素的废水是致癌、致畸的元凶，如果没有经过处理直接排 放，就会污染水源和周边环境，最终导致人体出现各种各样的健康问题，例如铬 会致癌；镍和铅会在人体内慢慢堆积，最终引起慢性中毒的问题；一些磷酸盐等 有机物会导致水环境富营养化。四、电镀废水出现问题的主要原因一）体系的酸碱度控制不当对于电镀废水的处理，废水处理系统必须具有合适的pH值，

11、如果pH值不合适，将严重影响处理效果。在检查过程中，发现重金属在处理后仍然严重超标， 主要原因是系统pH控制不当。（二）自我监控不规范根据要求，电镀企业必须制定自我监测计划，对废水处理效果进行自我监测 但企业的自我监测往往不规范，监测数据需经生态环境部门检查，因此，污水处 理设施的状况和效果可能会失控。（三）处理设施超负荷运行由于企业生产规模的扩大，原有处理设施的设计能力已不能满足当前生产形 势的需要。由于系统老化和平时维护不善，现有设施的实际处理能力大幅下降， 无法达到原设计能力。（四）管理松懈，人员素质低一般情况下，废水处理设施刚投入使用时，企业对其更加重视，负责处理设 施管理的人员必须经

12、过一定的业务培训。但由于企业人员流动性大，流动人员交 接不到位，导致接受者缺乏应有的专业知识和管理技能，对污水处理设施的运行 管理缺乏了解和熟悉。有时电极钝化严重，充液管道堵塞或流量过大，无法及时 发现，处理设施无法定期进行必要的维护，导致处理设备处理能力丧失。五、微电解技术在电镀废水处理中的应用（一）电极反应有两种以上电极电位相差较大的电滤粒,不需外加电源,形成无数对微电池效 应,发生电化学反应。在电化学反应中,较活泼金属的颗粒作为阳极,不活泼非金属作为阴极。电子 由阳极转移到阴极,在阴极表面被Cr2072-和H+所接受，生成Cr3+和H2。在阳极 反应中产生的Fe2+,又具有化学还原作用，

13、也使Cr2O72-还原成Cr3+。其化学反应 如下;阳极:Fe-2eFe2+阴极：Cr2072-+14H+6e2Cr3+7H20阳极：Cr2072-+6Fe2+14H+6Fe3+7H20阴极：2H+2e-2H2(二) 吸附法吸附法指利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的方法。传统吸附剂有：碴 藻土、腐殖酸、聚糖树脂、活性炭等。应用分析：针对电镀废水采用膨润土、粉煤灰、煤渣、沸石这4中吸附剂进 行吸附治理。结果证明，Ni2+和Zn2+利用膨润土吸附去除效果最好,去除率分别为 93.6%和100%;而Cu2+利用沸石吸附去除效果最佳，去除率达97.35%;Cu2+、Zn2+ 和Ni2+相对比采用粉煤

14、灰、煤渣、沸石吸附去除效果Cu2+和Zn2+比Ni2+效果更 优;再则代替膨润土的粉煤灰处理Cu2+和Zn2+成本也能降低至80%。目前屡见报 道的电镀废水处理中的新型高效廉价的吸附材料也很多。如在一定条件下改性 PAN 纤维处理电镀废水效果就很好,再生利用率也高;还以一种高吸水性树脂是以 具有亲水性基团的丙烯酸(AA)与废弃聚乙烯(PE)塑料及其盐接枝共聚合而成的材 料，用于吸附溶液中的Cu2+,印制电路板生产过程中的含Cu的废水后经过一级处 理的后，二次吸附可以采用合成树脂进行操作，即可达到残余在溶液中的Cu2+的溶 度远低于国家污水排放指标。(三) 置换反应利用金属离子的置换反应除去废水

15、中的重金属，这实际上也属于一种还原反 应。利用金属的电极电位，由高电位金属置换低电位金属离子，使之还原成金属析 出。滤料中的铁屑把废水中Cu2+还原成金属铜即是一例。Cu2+FefCu+Fe2+该反应的平衡常数K=2X1026，因此铜几乎可以完全被置换出来。废水中比铁电位低（即电位值大）的金属离子,如银、汞等都可用铁粉（屑）将 其置换出来。（四）电解法针对单一或浓度较高的电镀废水,电解法治理应用比较多,该法电解产生的金 属氢氧化物利于凝聚作用,同时通过电解作用还可以处理或回收重金属。由于该 法具有无二次污染、去除率高以及所沉淀的重金属利于回收利用等优势,目前 30 多种金属离子可以在废水溶液中

16、进行电沉积,但此法成本较高,经济效益较好都是 浓缩后再电解的。应用分析:在优越条件下,电镀废水治理采用高压脉冲电絮凝法,处理后的废 水PH值为8.3,而总铬、Zn2+、Cr6+等含量也都能达到国家标准排放水平。结论: 高压脉冲电絮凝法与直流絮凝法相比时间短、操作方便,能量也效率高。针对含 Cu、Ni电镀废水采用铝碳和铁碳进行微电解,前者比后者最佳反应时间从30分钟 可以缩减到15分钟，至于Cu2+和Ni2+去除率分别也可以从95%提升到98%和94% 提升到 97%,因此,在电镀废水治理中铝碳微电解为实际应用奠定了良好基础。（五）中和反应由中和反应生成氢氧化物沉淀去除重金属离子等有毒、有害物质,在