电镀废水的处理工艺范文

《湖北农业科学杂志》2014年第十一期

1材料与方法

1．1方法

1．1．1静态吸附将一定量的废水用氢氧化钠溶液分别调至不同的pH并置于锥形瓶中，加入一定量的树脂，静态吸附24h后取样测定溶液中Cu2＋的浓度。利用公式（1）、（2）计算不同pH值下的Cu2＋吸附容量Q和吸附率E。

1．1．2静态解吸将已经吸附饱和的树脂用去离子水洗净后，分别加入一定量的盐酸溶液和硫酸溶液，解吸24h后取样测定解吸液中Cu2＋浓度。并利用公式（3）计算解吸率，确定最佳解吸剂。

1．1．3动态试验单独试验：准确量取60mL树脂湿法装入离子交换柱，将废水调至所需pH，控制不同的流速进行单柱试验。根据《电镀污染物排放标准》（GB21900－2008）要求，设定0．5mg／L作为穿透点，确定最佳流速。双柱试验：分别量取30mL树脂装入柱1和柱2中，在单柱试验确定的最佳流速下进行串并联试验。串并联试验与单柱试验使用树脂总量相同，单位时间处理水量相同。Cu2＋浓度采用原子火焰吸收分光光度法进行测定。

1．1．4动态解吸将已经吸附饱和的树脂柱用去离子水洗净，将解吸剂以一定流速流经离子交换柱，测定解吸液浓度。浓度较低的解吸液作为套用液在后续解吸中使用，并测定解吸液浓度的变化。

1．2试验流程

试验利用重力原理，废水从高位水箱流入离子交换柱，通过流量计控制试验流速。单柱和并联运行出水达到穿透浓度即停止试验。串联运行柱1吸附饱和后进行再生，废水经由柱2处理，再生后的柱1可串联于柱2后继续进行吸附，直至柱2吸附饱和（图1）。树脂吸附饱和后用去离子水洗净后通入解吸剂进行解吸。

2结果与分析

2．1吸附试验结果

2．1．1静态试验取2mL树脂，放入盛有80mL含铜电镀废水的锥形瓶中，用氢氧化钠溶液将废水pH分别调至2、3、4、5，在Cu2＋浓度为600mg／L，吸附时间24h的条件下，考察不同pH对Cu2＋去除率的影响，结果见图2。由图2可知，随着pH的升高Cu2＋的去除率先增大后减小，在pH＝4时去除率最高可达97．9％。可见，过高或过低的pH都不利于树脂对Cu2＋的吸附。这是由于树脂对Cu2＋去除率的大小主要取决于树脂表面结构［6～8］。在pH较低时，溶液中的H＋含量较高，占据了树脂表面的活性位置，使树脂本身的活性基团只有部分电离，降低了树脂的活性，因此Cu2＋去除率相对较低。随着pH的升高Cu2＋去除率逐渐增加，但当pH＞4时树脂对Cu2＋的亲和力逐渐降低，去除率开始呈下降趋势。同时考虑到pH的增大会导致Cu2＋发生水解反应，因此后续试验将pH设定为4。

2．1．2单柱试验用量筒量取60mL树脂，湿法装柱。将pH为4，初始Cu2＋浓度为600mg／L的废水，分别以8、10、12、14BV／h的流速重力自流通过树脂柱，并每隔一定时间取样测定Cu2＋浓度。图3为流速与吸附容量和穿透时间之间的关系曲线图。由图3可以看出，树脂的穿透时间随着流速的增大而逐渐缩短。由公式（1）可以算出，流速为8、10、12、14BV／h时的吸附容量分别为34．6、33．0、29．1、28．1g／L。可见流速越小穿透时间越长，吸附量越大。这是由于流速较小时，废水可以和树脂在离子交换柱内充分接触，从而吸附容量大；流速逐渐增大时，废水在离子交换柱内停留时间变短，树脂还来不及全部吸附废水就已经流出，从而吸附容量有所减少。虽然流速增大后吸附容量逐渐减少，但穿透所用时间也大大缩短。因此，试验选用10BV／h流速为宜，穿透时间较短，且吸附容量在30g／L以上。

2．1．3并联试验用量筒分别量取30mL树脂，湿法装入柱1和柱2。根据“2．1．2”试验得出流速为10BV／h时吸附效果较好，并联试验单位时间处理水量与单柱相同，因此亦采用10BV／h的流速。试验条件：pH＝4，v＝10BV／h，C（Cu2＋）＝600mg／L，废水通过重力作用自流通过树脂柱，并每隔一定时间取样测定Cu2＋浓度。图4为并联运行时穿透曲线图。由图4可以看出，吸附时间200min内出水中未检出铜离子，200min后树脂吸附量减小，出水浓度逐渐增大至穿透，穿透时间为319min，柱1和柱2共处理水量3190mL。将两柱并联时，每柱中的树脂层高度相对于单柱时减少了1/2，传质层高度较短。因此单位时间处理水量相同时，穿透时间较短，同时处理水量也随之减少。

2．1．4串联试验用量筒分别量取30mL树脂，湿法装入柱1和柱2。通过“2．1．2”试验得出流速为10BV／h时吸附效果较好，因此串联试验亦采用10BV／h的流速，单位时间处理水量与单柱相同。试验条件：pH＝4，v＝10BV／h，C（Cu2＋）＝600mg／L，废水通过重力作用自流通过树脂柱，并每隔一定时间取样测定Cu2＋浓度。图5为串联联运行时穿透曲线图。由图5可以看出，串联运行时柱1吸附125min时开始穿透，219min吸附饱和；柱2吸附280min时开始穿透，375min吸附饱和。当柱1吸附饱和后，柱2的出水中并未检出铜离子，出水达标。此时可将柱1 先进行再生，再生后将柱1串联于柱2后继续吸附，这样既保证了出水的达标，又提高了树脂的利用率，两柱树脂均可以完全利用吸附饱和。一个周期可处理水量3750mL，比单柱运行时处理量提高了18％。

2．1．5不同运行方式对比由表1可知，树脂量相同、单位时间处理水量相同时，串联运行吸附量大，比单柱运行效率提高了18％。这是由于单柱和并联运行时树脂的利用率较低，出水中Cu2＋浓度达到0．5mg／L时就需要停止运行，进行再生，此时离子交换柱下端的树脂还未完全吸附饱和。而串联时树脂的传质区的长度增加了，使树脂的利用率也随之提高，同时柱1吸附饱和后可迅速再生，串联于柱2后继续吸附，因此树脂的利用率较高，吸附量也较大［9］。

2．2解吸试验结果

2．2．1解吸剂的影响将已经吸附饱和树脂用去离子水洗净后，分别取2mL放入不同锥形瓶内，瓶1加入质量分数为10％的HCl溶液20mL，瓶2加入质量分数为10％的H2SO4溶液20mL，静态放置24h后，取样测定解吸液中Cu2＋的浓度。结果见表2。由表2可知，质量分数相同的盐酸和硫酸作为解吸剂时，硫酸的解析率高于盐酸14．2个百分点，因此试验选用10％的硫酸作为解吸剂。

2．2．2解吸剂浓度的影响将已经吸附饱和树脂用去离子水洗净后各取2mL置于三个锥形瓶内，分别加入质量分数为3％、5％、10％H2SO4溶液各20mL，静态放置24h后，取样测定解吸液中Cu2＋的浓度。结果见表3。由表3可知，树脂的解吸率随着硫酸浓度的增加而升高。可见较高浓度的硫酸有利于树脂中的铜离子解吸，但硫酸度过大时容易造成树脂床层收缩，影响树脂的再生性能［10］。同时，高浓度的硫酸也加大了处理成本。试验中5％的硫酸解吸率已达92．1％，因此，考虑到成本问题，选择5％的硫酸作为解吸剂较适宜。

2．2．3动态解吸将质量分数为5％的硫酸溶液通入已经吸附饱和的串联柱1树脂中，调节流速为3BV／h进行试验，解吸液浓度变化如表4所示。由表4可以得出，用硫酸进行再生可以将树脂中的Cu2＋洗脱出来，再生液中铜离子大量富集，每升溶液中浓度高达1万多毫克。再生液经过电沉积处理可以回收铜，具有一定的经济效益。但在洗脱试验的后端，Cu2＋浓度往往较低，低浓度的再生液电解时回收率较低。因此可以将后端较低浓度的再生液作为套用液，在柱2吸附饱和再生时将套用液代替硫酸进行再生。将解吸液1后端的解吸液与质量分数为5％的硫酸混合后通入已经吸附饱和的串联柱2树脂中，调节流速为3BV／h进行试验。解吸液浓度变化如表5所示。图6为解吸液1和解吸液2的浓度对比图。由图6可以明显看出，用套用液作为解吸剂时，解吸液中Cu2＋浓度明显有所提高。

3结论

1）采用单柱、双柱并联及串联进行吸附试验，在pH＝4，流速为10BV／h的条件下，单柱吸附容量33．0g／L，并联吸附容量31．9g／L，串联吸附容量37．5g／L。串联运行时的吸附容量明显高于单柱和并联。两柱串联增加了树脂传质层高度，既保证了出水的达标率，又提高了树脂的利用率。2）选用质量分数相同的盐酸和硫酸作为解吸剂，硫酸解吸效果优于盐酸。在流速为3BV／h的条件下，5％的硫酸解吸率可达92％。3）解吸试验后端解吸液中铜离子浓度较低，因此可以将较低浓度的解吸液作为套用液，在下一次与硫酸混合解吸，既减少了酸的使用量，又解决解吸液铜浓度偏低及后续回收成本高的问题。

作者：张惠灵杨瑾卢雪丽单位：武汉科技大学资源与环境工程学院