三維電極電解中試裝置處理PCB含銅廢水及成本估算
導讀:：采用三維電極電解中試裝置處理PCB含非絡合銅廢水？疾炝藰O間距、電解電壓、填充顆粒、電解時間對銅去除效果的影響。試驗表明，適宜的運行條件為極間距4cm，電解電壓22V，電解90分鐘，銅去除率為52.1%，處理廢水電費成本為1.12元/噸。
關鍵詞：三維電極，中試裝置，PCB含銅廢水，電費
隨著電子通訊行業(yè)的迅猛發(fā)展，我國已成為名副其實的PCB生產(chǎn)大國，PCB產(chǎn)量多年居世界第一位。PCB生產(chǎn)廢水中污染物主要是COD與重金屬銅[1]。產(chǎn)生銅廢水的工序主要有：沉銅、全板電鍍銅、圖形電鍍銅、蝕刻以及各種印制板前處理工序。其中含銅非絡合物廢水主要來源為磨板、全板電鍍、圖形電鍍、酸性蝕刻以及其他一些漂洗工序[2]。本試驗主要采用陰極填充粒子的三維電極電解法處理各環(huán)節(jié)排放的非絡合綜合含銅廢水，并進行電費成本的估算。
1 試驗
1.1 試驗裝置
三維電極中試設備如圖1所示，采用PVC塑料制作(70cm
50cm
60cm)，處理水量140L，陽極為兩塊35 cm
45 cm的涂鈦極板，陰極為2塊20cm
53 cm的銅板，放置在寬6cm的玻璃槽中，槽中填充廢鐵屑或活性炭粒子。
圖1 三維電極電解中試裝置圖
Fig.1 Schematic diagram of three-dimensional electrode pilot reactor
1.2 試驗方法
試驗設備為HY1711-5S雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源、721可見分光光度計。銅離子檢測采用2,9-二甲基-1,10-菲啰啉分光光度法。
銅離子流經(jīng)粒子顆粒陰極，并在其表面還原吸附析出。試驗用水取自線路板生產(chǎn)企業(yè)實際含非絡合銅廢水。粒子電極中的活性炭是不飽和的，故在試驗前先用試驗原水對其浸泡,并多次換水，測定浸泡前、后水中的銅離子，直至兩者相同。試驗考查極間距、電解電壓、電解時間和不同填充粒子對銅去除率的影響，得出最佳運行參數(shù)，估算電費成本。
2 試驗結果
2.1 極間距對銅離子去除的影響
為能更好的溶出廢水中的銅，調(diào)節(jié)廢水的pH值為3-4，試驗中陰極添加了鐵屑，考查當電解電壓為13V和16V時，極間距分別為4cm和6cm條件下的銅去除，結果如圖2。
Fig2.Effect of electrode distance on Cu removal
由圖2可知，不同電壓下銅去除率都隨極間距的減小而增加，這是因為極間距影響著溶液的傳質(zhì)距離和電極電勢[3]。極間距小相應的可減小對流、擴散傳質(zhì)的傳質(zhì)距離，增大傳質(zhì)的濃度梯度環(huán)境保護，強化傳質(zhì)效果，降低電解電壓，提高電解速率和效率。但間距過小會影響操作的穩(wěn)定性，因此試驗中采用極間距4cm。當電壓為16v時，電解215min銅去除率為49.6%，此時電流為5.80A，以河北省工業(yè)用電0.71元/度計，電費成本為1.68元。
2.2 電解電壓、填充顆粒和電解時間對銅離子去除的影響
為使填充顆粒呈現(xiàn)復極化，電解電壓必須足夠高。當施加在粒子電極上的電壓低于反應電壓時，只有短路電流或旁路電流存在。大于反應電壓時，則有反應電流出現(xiàn)。電壓越高，復極化程度越大，處理效果越好，但耗電量越大，并且填充顆粒上副反應加劇，產(chǎn)生大量氣泡環(huán)境保護，使得污染物在粒子上不能很好地吸附。試驗考查了極間距4cm，陰極槽填充鐵屑和活性碳兩種粒子電極形式下的銅去除率，結果見圖3和圖4。
Fig3.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling scrap iron
Fig4.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling activated carbon
試驗表明陰極槽填充鐵屑，當電壓大于16v，電解220min以上時，銅去除率可達到50%，電壓22v時電解135min，銅去除率為56.4%。而陰極槽填充活性炭時，電壓在20v以下，銅去除率仍然極低，當大于22v后銅離子可去除50%以上中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。
圖中還可看出陰極填充鐵屑對銅的去除要好于填充活性炭顆粒，所需電壓小，電解時間短，但通過電費估算可知陰極填充鐵屑時電解電費成本較高。電壓為22V，電解135分鐘，銅去除率達到56.4%環(huán)境保護，進水銅濃度為58.0mg/L時，出水銅為25.3mg/L，電費成本1.72元/噸。陰極槽填充活性炭顆粒時，電壓為22v，電解90min，銅去除率為52.1%，進水銅濃度為171.3mg/L時，出水銅為82.0mg/L，電費成本1.12元/噸。
由圖4還可知，,隨著電解時間的延長,對銅離子的去除率逐漸增大，在前135 min內(nèi)銅去除率隨時間的延長而迅速增大，之后增速逐漸減慢并趨于穩(wěn)定。其原因是電解初期，裝置內(nèi)銅離子濃度高，能快速擴散到電極表面。之后裝置銅濃度下降，濃度梯度對去除效果的影響變得顯著，所以降解曲線變得越平緩。考慮到運行費用環(huán)境保護，電壓為22v，電解時間宜取90 min。
3 結論
中試試驗表明三維電極電解處理PCB非絡合銅廢水最佳處理條件時陰極槽添加活性炭粒子，極間距4cm，電壓22V，電解90分鐘，在此條件下銅去除率為52.1%，進水銅濃度為171.3mg/L時，出水銅為82.0mg/L，電費成本約為1.12元/噸。三維電極電解處理此種廢水雖能回收銅，但出水達不到排放標準，需采用其他方法繼續(xù)處理。
參考文獻：
[1]謝東方.印制電路板廢水處理技術應用實踐[J].安全與環(huán)境工程,2005,12(1)：42-45
[2]劉暉.印制電路板廢水處理設計[J].科技資訊,2007,9：198-199
[3]薛松宇.三維電極反應器處理染料廢水的研究：[碩士].天津：天津大學,2005
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