鐵碳微電解(micro-electrolysis)技術(shù),又稱(chēng)為鐵炭法、鐵屑法、內(nèi)電解、鐵還原等技術(shù),是被廣泛研究與應(yīng)用的一種廢水處理方法。
1、鐵碳微電解技術(shù)去除銅離子的原理及說(shuō)明
“微電解法”主要是用特制的催化鐵碳一體化材料為填料，利用原電池原理將廢水中的重金屬離子去除。反應(yīng)方程式為：
該工藝?yán)描F碳復(fù)合微電解技術(shù)，由鐵釋放電子，銅離子得到電子，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成銅單質(zhì)，沉積在鐵碳復(fù)合微電解材料表面，銅離子得以去除。
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，鐵可以迅速置換銅離子，沒(méi)有逆反應(yīng)發(fā)生。銅沉積在鐵碳復(fù)合微電解材料表面，與水分離，可定期回收金屬銅。微電解反應(yīng)將消耗填料，可視實(shí)際消耗量定期補(bǔ)充投加。采用反沖洗可將填料間截留的懸浮物沖洗出來(lái)，最終排至沉淀槽沉淀，防止堵塞，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
2、微電解和混凝實(shí)驗(yàn)
2.1 采樣及樣品保存
2.1.1 采樣點(diǎn)及采樣次數(shù)
在現(xiàn)有的調(diào)節(jié)池設(shè)定一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于第1～4天的10：30、14：30以及18：00這幾個(gè)時(shí)間段為采樣時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)行了為期4天，共12次的取樣。
2.1.2 樣品采集及保存
在調(diào)節(jié)池固定的采樣點(diǎn)于固定的采樣時(shí)間，將采水瓶沉沒(méi)到水面表層以下0.5m，待3～5min后,將瓶提出水面，瓶?jī)?nèi)水樣倒入保存瓶待用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，保存瓶選擇體積為2L的飲料瓶，待保存瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)水之后，密封放入加有冰塊的泡沫箱內(nèi)，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。將所采集的水樣編號(hào)，放入低于4℃的冰箱內(nèi)保存，并在24h內(nèi)對(duì)水樣中的銅含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2.2 微電解和混凝實(shí)驗(yàn)
2.2.1 微電解和混凝實(shí)驗(yàn)步驟
①直接微電解。
每天分別從已取的各時(shí)段調(diào)節(jié)池廢水水樣中取樣1000ml，測(cè)pH值約為4，將這1000ml水樣分成等量3份，然后進(jìn)行微電解反應(yīng)，分別搖晃攪拌10min、20min、30min，分別倒出相應(yīng)反應(yīng)時(shí)間后的水樣200ml，經(jīng)沉淀取上清液測(cè)定銅離子濃度及PH值。
②直接微電解然后混凝。
取以上步驟分別倒出相應(yīng)反應(yīng)時(shí)間后的水樣200ml，經(jīng)沉淀取上清液測(cè)定銅離子濃度，調(diào)節(jié)pH值在8～9之間，投加適量PAC及PAM，進(jìn)行沉淀后分別取上清液測(cè)銅離子濃度及pH值。
2.2.2 Cu的測(cè)定銅的測(cè)定
采用火焰原子吸收分光光度法，在此不再闡述。
2.3 微電解和混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
直接微電解和直接微電解然后混凝得到的水樣進(jìn)行Cu離子濃度和pH測(cè)定，結(jié)果列于表1。從表1中可見(jiàn)，隨著微電解反應(yīng)時(shí)間的增加，Cu離子的去除效率提高；直接微電解然后混凝去除效率進(jìn)一步提高。反應(yīng)時(shí)間10min左右，去除效率約15%，經(jīng)混凝沉淀后去除效率約50%時(shí)；微電解反應(yīng)20min左右時(shí)，去除效率約50%，混凝沉淀后去除效率達(dá)70%；反應(yīng)時(shí)間在30min后，去除效率可以達(dá)到99%以上，經(jīng)加藥混凝沉淀后基本可以達(dá)標(biāo)。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可采用鐵碳微電解法結(jié)合現(xiàn)有的工藝去除該線路板廠的含銅廢水中的銅離子，經(jīng)試驗(yàn)確定最佳運(yùn)行條件是pH在3～4之間，停留時(shí)間大于等于30min。
3、工程應(yīng)用
根據(jù)建設(shè)方提供的資料，本方案確定廢水進(jìn)水pH3～4，Cu2+濃度110mg/L。每天來(lái)水量為2000m3/d，設(shè)計(jì)廢水處理規(guī)模2000m3/d，按20h連續(xù)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，即100m3/h。外排廢水執(zhí)行《廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)水污染物排放限值》（DB4426-2001）第二時(shí)段表2總銅執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總銅濃度≤0.5mg/L。根據(jù)從工廠采水樣并進(jìn)行微電解和混凝實(shí)驗(yàn)得到的含銅廢水的處理工藝參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行工廠的實(shí)際工程應(yīng)用。
3.1 原污水治理系統(tǒng)處理工藝流程及說(shuō)明
含銅廢水經(jīng)過(guò)收集系統(tǒng)送入調(diào)節(jié)池后，在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行均質(zhì)均量，然后由泵入混凝池調(diào)節(jié)pH至8～9，然后進(jìn)入混凝絮凝反應(yīng)池內(nèi)，在PAC、PAM的作用下混凝進(jìn)行破乳、絮凝成大塊的絮狀體，以便提高沉降效果。再進(jìn)入平流式沉淀池進(jìn)行泥水分離后進(jìn)入砂炭過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。
3.2 改造后污水治理系統(tǒng)處理工藝流程及說(shuō)明
依據(jù)微電解及混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需在現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)中增加鐵碳微電解系統(tǒng)。結(jié)合該廠實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)算，將現(xiàn)有的調(diào)節(jié)池隔出三個(gè)部分，一部分仍作為調(diào)節(jié)池使用，一部分作為鐵碳微電解反應(yīng)系統(tǒng)，一部分作為緩沖池由泵送至現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)中。含銅廢水經(jīng)過(guò)收集系統(tǒng)在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行均質(zhì)均量后，被泵入鐵炭微電解反應(yīng)池，通過(guò)一定的反應(yīng)時(shí)間將銅離子還原；出水進(jìn)入緩沖池，泵入原有的中和池調(diào)節(jié)pH至8～9，經(jīng)原有混凝反應(yīng)池出水進(jìn)入原有的沉淀池進(jìn)行泥水分離，處理后清水排放，鐵碳微電解反應(yīng)池內(nèi)設(shè)曝氣進(jìn)行反沖洗，防止鐵碳板結(jié)。
3.3 處理效果
在增加鐵碳微電解系統(tǒng)后，污水處理效果均能達(dá)到要求，且處理系統(tǒng)較穩(wěn)定，所選取的工藝非常適用于該線路板廠含銅廢水的處理，具體運(yùn)行效果見(jiàn)表2。
4、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)該廠鐵碳微電解技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，且通過(guò)對(duì)水體中總銅的連續(xù)監(jiān)測(cè)，得到了以下結(jié)論：鐵碳微電解技術(shù)對(duì)于處理含銅廢水在進(jìn)水pH在3～4，反應(yīng)時(shí)間大于30min的情況下具有良好的處理效果，在今后的含銅廢水的處理中能得到廣泛的應(yīng)用。（來(lái)源：廣州巨邦環(huán)保工程設(shè)備有限公司）
