电解浮除法影响微细颗粒研究

秦　序

(陇南师范高等专科学校, 甘肃 成县 742500)



电解浮除法影响微细颗粒研究

秦序

(陇南师范高等专科学校, 甘肃 成县 742500)

摘要：含微细颗粒废水由槽体上端进流，槽体底端出流，使水流方向与底层电解产生气泡上浮方向形成逆向流况，并透过流况分别观察其颗粒-气泡碰撞行为，探讨其对浮除效率的影响。由电解产气易于获取较稳定的粒径均匀分布的颗粒，有利于控制电解产气量及水力负荷流况，以获取较稳定的实验条件，探讨最佳流况。经由SS(悬浮物)/重金属去除率及粒径监控分析，分别评估其浮除成效及最适合操作条件，研究结果显示:在流量92 mL/min时，应适度调升电流2 Amp(即产气量)，此时浮除效率可达88%，亦即可提高处理负荷。

关键词：微细颗粒;电解浮除;重金属

近年来，国内中小企业及工厂如雨后春笋崛起，带动了国家的经济增长。但工厂排出的废物对环境造成的污染问题日益严重，尤其以电镀金属表面处理工业和染料工业所排放的含重金属或染料废水最为突出。电镀、金属表面处理工厂及染整工厂对整体经济的发展虽有卓越的贡献，但是在制程运作期间，由于镀件的清洗及镀液的老化而排放出大量含Cu、Zn、Ni、Cd等重金属离子的废水，均须加以妥善处理，否则将造成严重的环境污染。目前，一些传统的处理方法诸如化学混凝等虽可将流出水质处理以后达到环保标准，但是所产生的污泥尚不能有效处置，易形成二次污染[1]。化学混凝沉淀处理面临很多困难，包括：1)多属小规模者，土地空间小，扩充空间不够，限制废水处理设备及功能。2)传统沉淀法所需面积较大，而且对于快慢混及添加剂的操控性不易及不适，以至胶羽颗粒形成不佳，沉淀性不好。3)沉淀池污泥排出的操控性不佳，造成污泥沉积严重，减少有效容积，相对增加水力负荷，以致微细颗粒溢流影响水质。4)沉淀池排泥的污泥含水率较高，后段仍需污泥浓缩单元。

近年来，半导体制造(芯片加工、制罩、皮模工程、照相制版、腐蚀、研平)及印刷电路版制造等电子信息相关产业在国内有大幅度的成长，其经济产值贡献占有相当大的比例，然而在制造过程中的精密研磨(化学机械研磨)及抛光加工(印刷电路版铜箔)均产生超微细颗粒，其颗粒平均大小约为 60 nm，其混凝、沉淀成效欠佳，处理上甚为困扰[2]。本研究使用浮除槽将含微细颗粒废水由槽体上端进流，槽体底端出流，使水流方向与底层电解产生的气泡上浮方向形成逆向流况，并透过流况分别观察其颗粒-气泡碰撞行为，探讨其对浮除效率的影响。由电解产气易获取稳定的粒径及均匀分布的气泡，有利于控制电解产气量及水力负荷流况，以获取较稳定的实验条件，探讨较佳的流况条件。

1实验部分

1.1原料与设备

浮除槽、LS-609型激光粒度仪。

工厂排放的含Cu、Zn、Ni、Cd等重金属离子的废水。

1.2实验内容

先以批次式电解浮除实验方式获取基本数据供后续研究参考。包括NaDS 适当剂量、浮除时间。分别对含 Cu 废水及芯片加工废水进行电解浮除，主要针对微细颗粒的特性，以连续流式电解浮除方式，提升处理负荷为目标，探讨最佳负荷及浮除条件。 控制因素包括：NaDS(十二烷基苯磺酸钠盐) 剂量、电流、流量、时间。分析项目包括﹕颗粒粒径分布、Cu 浓度、SS、去除率。

2结果与讨论

2.1批次式电解浮除

2.1.1NaDS 剂量对电解浮除重金属Cu 的影响

在含Cu的电镀废水中添加S/M=1的NDDTC螯合剂，形成不溶性的螯合物颗粒，并添加以不同NaDS 剂量(10 mg/L、40 mg/L、96 mg/L、44 mg/L、288 mg/L)以批次式电解浮除。其电解浮除结果显示，较高 NaDS 剂量(96 mg/L、144 mg/L、288 mg/L)对浮除效率并无帮助，而NaDS 剂量减至40 mg/L、10 mg/L，则浮除效率提升90.6%～98.4%[3]。如表1所示，浮除10 min即可达到96.9%的去除率，而浮除30 min所提升的浮除效率(98.4%)有限。

表1　NaDS 剂量对电解浮除含 Cu 重金属废水的影响

注：Cu浓度为63.5 mg/L。

2.1.2NaDS 剂量对电解浮除芯片加工废水的影响

经参考前项 NaDS 剂量，本实验以添加 NaDS剂量(5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L)，并批次电解浮除芯片加工废水10 min，如表2所示，添加NaDS=10 mg/L时，其浮除效率达 84.7%(残余 SS 17 mg/L)，为最佳。故此为下一阶段连续流实验提供重要参考依据。

表2　NaDS剂量对电解浮除芯片加工废水的影响

2.2连续流电解浮除

2.2.1进出流量变化对电解浮除的影响

经前阶段试验得知，以NaDS=10 mg/L为最佳添加剂量，并以连续进出流控制方式进行电解浮除芯片加工废水的实验，流量控制在50 mg/min、60 mg/min、78 mg/min、92 mg/min、100 mL/min，以 1 Amp 电流进行电解浮除。如表3所示，在最大流量 110 mL/min 时，浮除率仅为73%，SS 仍高达51 mg/L；随着控制流量的递减，至50～66 mL/min时则浮除率可提升至88%，SS 维持21～22 mg/L。由实验结果得知，最大流量将增加流体与气泡/SS的相对速度，造成较大乱流(扰动)而影响浮除效率。

表3　进出流量变化对电解浮除效率的影响

2.2.2改变电流对电解浮除的影响

分别以 1 Amp、2 Amp、3 Amp 电流及控制50 mL/min及92 mL/min流量进行电解浮除，如表4所示，较大流量负荷对连续式电解率有相当程度降低效果，此结果与前节所述一致。但若适度提高电流(即增加气泡量，并同时增加气泡粒径)，如以2 Amp电流电解浮除时，较大流量(92 mL/min)亦可有效提升浮除效率达 88%。然而，当电流增至3 Amp时，浮除效率则明显下降；而且根据实验观察浮除槽的流体流况有很明显的对流情形，此乃大量气泡量上升所造成因流体流况改变所致[4-8]。

表4　改变电流对电解浮除的影响

2.3粒径分布特性分析

2.3.1电解气泡及Cu 螯合物的粒径分布

电解浮除系于阳离子产生 O2，阴极产生 H2，如图1所示，NaDS=0时，气泡粒径分布为40～150 μm，若 NaDS=10 mg/ L 时，则气泡粒径可降至 20～50 μm。

图1　电解气泡粒径分布

含Cu废水经添加 NDDTC 形成Cu-NDDTC螯合物的粒径分布为80～500 μm或以上(见图2)，当然，NaDS 的添加影响螯合物的颗粒凝聚，颗粒粒径分布小。

图2　Cu-NDDTC螯合物颗粒粒径分布

2.3.2NaDS 对粒径分布的影响

芯片加工原废水中 SS 粒径分布，如图3所示，其中小于 1 μm 颗粒或大于 50 μm 属少量者，如表5所示，分别以0.45 μm及0.2 μm滤纸过滤，予以探讨其粒径分布情形，但经浮除后，则以 NaDS剂量添加变化，影响并不显著[9-10]。但经浮除后，则以NaDS为10 mg/L 剂量时的残余SS 2 mg/L为最少，而且如图4所示，浮除后 SS 粒径为属小于0.5 μm者，且为微量。显示 NaDS 剂量显著影响浮除效率。

图3　芯片加工废水SS 粒径分布

表5　NaDS 添加剂量对芯片加工废水粒径分布的影响

图4　芯片加工废水经电解浮除SS后的粒径分布

3结论与建议

本研究经改良的浮除槽配合模块化设计极具设置扩建弹性，更能以较小的反应槽需用空间，达成较高的效能，符合易于操控、低耗能的研究目标，也可以较少药剂添加仍维持良好效果而减少污泥产生量，也能协助国内业者克服目前面临的困境，增进业者有确实操作的意愿。

本研究以较大流量负荷，虽对连续式电解率有相当程度降低效果，但若能配合适度提高电流(即增加气泡量，并同时增加气泡粒径)予以电解浮除时，仍可有效提升浮除效率达 88%。然而，当电流增加过量时，亦即大量气泡量上升所造成流体流况改变，浮除槽的流体流况有很明显的对流情形，则造成浮除效率明显下降。所以，此项研究具有很好的利用价值及深远的影响。

参考文献

[1]张忠祥, 钱易. 城市可持续发展与水污染防治对策[M] .北京: 中国建筑工业出版社, 1997：15-20.

[2]北京市环境保护科学研究院. 三废处理工程技术手册:废水卷[M].北京: 化学工业出版社，2000：86-90.

[3]魏振枢.铁氧体法处理含铬废水工艺条件探讨[J].化工环保, 1998, 18 ( 1) : 33-36.

[4]胡勇有. 镀铬废水治理、资源回用技术及进展[J].电镀与环保, 1999, 19 ( 3) : 28-32.

[5]郑礼胜. 用沸石处理含铬废水的试验研究[J].环境工程,1997, 15 ( 3) : 13-15.

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[10] 沈品华. 电镀废水治理方法探讨[J].电镀与环保, 1998, 18( 3) : 28-30.

[责任编辑：郝丽英]

A study of the influence of electrolytic flotation on fine particles

QIN Xu

(Longnan Teachers College, Chengxian 742500, China )

Abstract：The wastewater containing fine particles flows into the bottom from the tank top, which makes the flowing direction and the bottom electrolytic become bubbles forming reverse flowing direction. This paper observes the particle bubble collision behavior through flowing condition, and investigates its effect on the removal efficiency of floating. It is easy to obtain the stable particle size distribution of the particles, which is favorable for controlling the gas flow rate and the hydraulic load flowing condition, in order to obtain a more stable experimental condition and explore the optimal flow condition. Through SS (suspended solids) / heavy metal removal rate and particle size analysis, separate assessment on the flotation efficiency and the most suitable operating conditions, the research results show when the large flow rate is 92 mL/min, 2 Amp (ie, gas consumption) will be turned up. For this time, the floating efficiency can reach 88%, which can improve the processing load.

Key words：fine particle; electrolytic flotation; heavy metals

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)01-0040-04

作者简介：秦序(1976-)，男，讲师，研究方向：化学实验教学和水处理.

基金项目：甘肃省自然科学基金项目(1308RJZK171)；甘肃省高校科研项目 ( 2013B-132)

收稿日期：2015-11-01