电解法处理电镀含铜废水的实验研究：高效且操作简单

电解法处理电镀含铜废水的实验研究：高效且操作简单

2016年11月 电镀与涂饰 第38卷第11期（总第284期）·43·doi:10.3969/j.issn.1001-3849．2016．11．011 电解处理含铜电镀废水的试验研究 曾淼，冯凯丽，叶晨浩，吴小英（1.浙江杭州；2.中国计量大学，浙江杭州） 摘要：电解处理含铜电镀废水具有效率高、操作简单的特点，以某企业含铜电镀废水为研究对象，研究电流密度、电解时间、进水浓度对铜离子去除效果的影响，并分析处理成本。 结果表明:当电流密度为1.5A/dm ,铜离子质量浓度为31.76mg/L,电解时间为2h时,铜离子去除率可达98%以上;当铜离子质量浓度为1867.16mg/L,电流密度为3.0A/dm ,电解时间为2h时,铜离子去除率可达99%以上。 关键词:电解;含铜废水;去除率 文献编号:X781.1 文献编号:- sisM 苗建军,冯凯丽,叶伟 (．Ltd．，，China；2．Chi—，，China): -with char— and easy ． ：；——；回收利用是发展的主流方向。

]。传统的含铜废水处理方法如化学沉淀法、离子交换法等不仅存在二次污染问题，而且对后处理技术要求高，进一步增加了成本。目前，电镀废水处理已进入清洁生产过程、总处理成本控制和循环经济一体化阶段。资源回收利用和闭路电解将电能转化为化学能，在电极附近发生氧化还原反应，将废水中的铜离子还原为单质铜。电解过程的能耗以处理吨水的电耗来表征。它不仅可以净化废水，还可以回收单质铜。电解处理(W=Ult，式中：W为电能；U为平均电解电压；V；t为电解电流，A；t为电解时间，h)采用低压直流电源，不消耗化学药剂，操作简便，处理成本低，易于管理。 它是目前处理含铜废水比较成熟的方法，特点是去除单位质量的铜离子所需能耗小，是一种有很好发展前景的处理方法。去除铜离子量的计算方法为P= -P，式中P为电解去除铜离子的质量浓度，mg/L；p0为初始铜离子质量浓度，mg/L；p为电解后铜离子质量浓度，rag/L；本研究以含铜电镀废水为研究对象，研究电流密度、电解时间、初始铜离子浓度等​​工艺参数对电解处理铜废水的影响。

铜离子去除率=p/po×100%。 1.4 分析与测定1 材料与方法铜离子测定方法采用2,9-二甲基-1,10-菲罗啉分光光度法。pH测定采用电极法（上海雷磁公司生产，本实验水样取自某电子企业，包含化学镀铜废水PHS-25数字pH计）。本实验所有试剂均为水分离和焦磷酸盐镀铜产生的废水，分析净化采用化学镀铜废水。2,9-二甲基-1,10-菲罗啉废水中铜离子质量浓度1.1 废水来源及水质水来自该企业漂洗反渗透浓缩装置，铜离子质量浓度约为1867.16mg/L，pH为8。电流密度对废水中铜的去除效果影响很大。 1.2 实验装置 本研究采用化学镀铜废水，铜离子质量浓度为31.76 mg/L。本研究所用实验装置如图1所示。装置包括整流器(20 V、30 A)、两块铱-钽(钌-铱)钛阳极板(尺寸为110 mm×60 mm)、三块不锈钢阴极板(尺寸为)，电解槽内电极采用阴阳-阴阳-阴平行排列方式，极间间距为15 mm。

图2 电流密度与铜离子去除率关系由图2可知，随着电解时间的增加，铜离子去除率增大，电流密度的提高有利于铜离子去除率的提高。但在较高的电流密度（1.5A/dm）下，这种影响相对不明显。当电解t达到60min时，上层搅拌，用硫酸调节pH为5，开启整流器，调节电流密度为1A/dm，铜离子去除率只有34%，而在1A/dm电流密度下铜离子去除率也只有34%，每次取样测定铜离子浓度，分别记录电流密度为1.5、2.0、2.5A/dm时的铜离子去除率。 实验采用1.0、1.5、2.0和2.5A/dm，去除率分别达到87%、91%和94%。将电解进一步扩展至4个不同电流密度2.5A/dm，探究电流密度在1.0A/dm时对铜离子去除效率的影响。实验采用化学镀铜废水，去除率达到67%，而在1.5A/dm电流密度下，两种不同初始铜离子浓度的焦磷酸盐镀铜废水中铜离子的去除率均达到98%以上。在不同电流密度下的电解过程中，探究不同进水铜离子浓度对铜离子去除效率的影响。实验分别在1.0和3.0A/dm条件下进行。

区别如图3所示，在1.0A/dm和2.5A/dm电流密度下，随着分解反应的进行，水样颜色由棕褐色变为黄色。在3.0A/dm条件下，电流密度为90%时去除率分别为98%和96%。阴极板上少量的铁被氧化形成铁离子，去除率较低；阴极板上黑色物质的去除率相对较低，这是由于电流不变，对铜的去除影响很大；阴极板上的铁被黑色物质分解，使去除率差不多在60%左右。5A/h和2.0A/h，对于电荷浓度较低的含铜废水，可以选择较低的电流密度，分解后水样由浅绿色变为黑色；对于电荷浓度较高的含铜废水，可以选择较高的膜层厚度。 两边支撑板的吸附比较明显，板上的金镀层没有溶解，杯壁变热。二、电解后的水样由蓝色变为透明，电解效果相对较好，这是由于电流密度较大所致，如图3(b)和3(t)所示，不锈钢板上的铜镀层较厚，阴极板上的铜吸附相对较强。图5 电解废水阴极上沉积铜箔照片图3 不同电流密度下电解过程中溶液颜色变化2.3 经济性评价2.2 Cu初始质量浓度对去除率及溶液颜色的影响电解法处理含铜废水，所需化学试剂消耗量很少，影响处理成本，能耗是影响处理成本的主要因素，本研究对比了不同电流密度下铜离子去除体系对铜离子的去除率。 Cu初始质量浓度与去除率关系曲线如图4所示。在1A/dm条件下，随着电解时间的增加，化学镀铜废水、焦磷酸盐镀铜废水的去除率不断提高，但初始质量浓度差别较大，因此，电解2h时，化学镀铜废水、焦磷酸盐镀铜废水、焦磷酸盐镀铜废水的去除率相差无几，分别为97mg/ml、96%，但去除量差别较大。当铜离子浓度为31.76mg/ml时，在1.5A/ml、电解时间601~1h条件下，焦磷酸盐镀铜废水的去除率最高。在铜离子初始质量浓度较高的情况下，采用沉淀法处理废水完全可以达标排放。

与单纯采用离子交换法相比，电流密度为1.0A/dni!，更为经济。因此，与铜离子法或沉淀法相比，采用以电解为主的组合工艺。当铜离子质量浓度较低时，电解的电流密度应相对较大，不仅能有效回收大部分铜，而且树脂用量也大大减少。当铜离子质量浓度较高时，电解电流或沉淀剂用量应相对较小，电解时间应较长，便于操作管理。二次污染密度应相对较小，电解时间应较长，更为经济。具有良好的经济效益和应用前景。3 结语 参考文献 电解法处理含铜废水与电流密度、铜离子初始质量浓度有关。[1]邵丽芬，杨玉杰，姚曙光，等.含铜电镀废水处理技术。 电流密度越大，去除效果越好。[J]工业用水与废水，2007，38(3)：13-15。[2]李波，刘淑萍.含铜废水处理技术及研究进展[J].时间越长，处理效果越好。矿产资源综合利用，2008，(5)：33-37。对于初始质量浓度为31.76mg/L的含铜废水，电流密度为1.5A/dni能较好地兼顾经济性和去除效率，当电解t为时，去除效率可达94%。[5]郭燕妮，方增坤，胡杰华，等.含重金属离子酸性废水经石灰处理后回用技术研究[J].矿冶，2002，11(2)：77-80。 按照《电镀污染物排放标准》规定，现有企业去除率较高，采用化学沉淀法处理重质含金废水铜排放标准为1.0mg/L，新建企业铜排放标准为0.5mg/L[J].工业水处理，2011，31(12)：

根据本研究的实验结果，含铜废水单独经过电解处理后并不能达到相应的标准，但电解工艺去除了绝大部分的铜离子，电解后的废水中铜离子质量浓度很低，后续只需要进行离子交换或沉淀处理即可，在钢件表面形成一层均匀致密的防锈膜，起到了基本的防锈作用，本工艺中的防锈剂不含六价铬等污染环境的污染物，在生产中具有一定的可操作性。 最优溶液组成为150mL/L磷酸、14g/L氧化锌、26g/L1.o硝酸锌、4g/L硝酸镍、5L乙醇、20g/L马里夫盐、0.510g/L亚硝酸钠、8g/L六次甲基四胺，浸泡9min，所得0～0.5膜层耐蚀性最好，湿热试验t可达'/kn L 图5 不同添加剂的交流阻抗谱 参考文献 [1]蔡玉英.生锈钢材的擦拭磷化工艺[J].电镀与涂饰，2009，28(11):31-32。 [2]刘勇，关鲁雄，熊俊德.钢铁表面处理“四位一体”磷化液研究[J]. 新技术新工艺，2009，（4）：94-98。[3]李彦斌，刘伟，王建伟，等.钢铁件脱脂除锈防锈一步法处理液的研究[J].河北化工，2012，5（35）：60-64。[4]宋邦才，闫杰.钢铁件前处理除锈防锈剂的研制[J].材料保护，2004，8（37）：34-35。[5]徐哲锋，郭泰雄，刘珊.磷化钝化二合一处理工艺研究钢铁件工序间防锈工艺是一道十分重要的工序。 本文研究了一种可减少除锈等前处理工序，并能通过化学作用一次性去除钢铁件表面锈蚀产物的防锈剂[J].表面技术，2006，5(35) ：45-47。[6]周墨银.涂装质量、涂装工艺及涂装前处理剂[J].涂料科学，2000，(3) ：26-32。