電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國第一大支柱產(chǎn)業(yè),作為電子元器件生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝, 電子電鍍工業(yè)得到了廣泛發(fā)展, 但在電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量廢水?這些廢水通常含有大量金屬離子和有機(jī)物,若未經(jīng)妥善處理排放,進(jìn)入水體會引起富營養(yǎng)化,使受納水體缺氧,水生物死亡,水體發(fā)黑發(fā)臭,導(dǎo)致水體失去使用價(jià)值, 甚至?xí)ㄟ^食物鏈危害人們的生活和身體健康?

　　近年來,關(guān)于微電解〔1-3〕和光催化法〔4-6〕單獨(dú)或與其他工藝聯(lián)合處理廢水的文章屢見報(bào)道, 但關(guān)于兩者聯(lián)合處理廢水的研究還未見有相關(guān)報(bào)道?筆者基于電鍍廢水高金屬含量?高有機(jī)物含量的特點(diǎn),采用Fe/C 微電解-光催化聯(lián)合法預(yù)處理電鍍廢水,為后續(xù)生化處理創(chuàng)造了條件?

　　1 材料與方法

　　1.1 廢水水質(zhì)

　　電鍍廢水水樣由青島某電子有限公司提供,廢水含有高Cu2+和COD,呈深藍(lán)色,其中pH 為10.63~11.01,色度2 000~2 500 倍,COD 為27.8~28.8 g/L ,Cu2+656.42~700.39 mg/L?

　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　(1)微電解實(shí)驗(yàn)?采用正交實(shí)驗(yàn)法,將鐵屑依次經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH 溶液和10%的HCl 溶液各浸泡5 min,去油?活化,用蒸餾水洗凈,烘干備用?取廢水500 mL 于1 000 mL 燒杯中,將pH 計(jì)放入廢水中,用濃HCl 調(diào)節(jié)pH;將處理好的鐵屑和活性炭按比例混勻后加入廢水中,進(jìn)行攪拌反應(yīng),注意微電解反應(yīng)過程中保持pH 的恒定, 反應(yīng)后過濾, 測定Cu2+和COD?

　　(2)光催化實(shí)驗(yàn)?采用單因素實(shí)驗(yàn),利用溶膠-凝膠法制備濃度為1.0 mol/L 的TiO2溶膠〔10〕?根據(jù)Fe/C 微電解正交實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)條件,過濾100 mL經(jīng)過Fe/C 微電解處理后的廢水于燒杯中,調(diào)節(jié)pH,加入一定量納米TiO2, 在磁力攪拌下用20 W 的紫外光照射一定時(shí)間之后,靜置,測其COD?

　　(3)絮凝實(shí)驗(yàn)利用Ca(OH)2調(diào)節(jié)組合工藝處理后的廢水pH 至8~9,攪拌反應(yīng)20 min,靜置過濾,測定Cu2+和COD?

　　1.3 分析方法

　　pH 采用上海精密科學(xué)儀器有限公司的pHS-2F pH 計(jì)測定;COD 采用重鉻酸鉀法測定;Cu2+含量采用北京普析通用儀器有限責(zé)任公司的TAS-986原子吸收分光光度計(jì)測定?

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 微電解實(shí)驗(yàn)

　　采用L9(3)4 正交表,以Cu2+去除率為處理指標(biāo),因素包括初始pH?鐵投加量?Fe/C?反應(yīng)時(shí)間,根據(jù)單因素探索實(shí)驗(yàn),確定各因素水平,得正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見表1?

　　由表1 極差分析可知, 影響微電解工藝Cu2+去除率的各因素順序?yàn)? 初始pH>鐵質(zhì)量濃度>反應(yīng)時(shí)間>Fe/C,即最優(yōu)組合為:初始pH=3,鐵質(zhì)量濃度60 g/L,反應(yīng)時(shí)間60 min,Fe/C=1∶1?廢水經(jīng)最優(yōu)微電解條件處理后,Cu2+質(zhì)量濃度由664.71 mg/L 降至27.02 mg/L,去除率95.94%?

　　2.2 光催化實(shí)驗(yàn)

　　2.2.1 光源類型與紫外光照時(shí)間的影響

　　取微電解處理后的水樣, 調(diào)節(jié)pH=5,TiO2加入量40 mL/L,分別于紫外光?日光和無光條件下,考察COD 去除率隨時(shí)間的變化,結(jié)果見圖1?

　　由圖1 可知,光源類型和光照時(shí)間對COD 的去除率有顯著影響,在其他條件相同情況下,紫外光照射下COD 去除率最高,其次為日光,最低為無光?這是由于TiO2價(jià)帶與導(dǎo)帶的禁帶寬度為3.2 eV,只有波長≤387.5 nm 的入射光才能使其激發(fā)產(chǎn)生具有活性的e-和h+,而紫外燈波長僅為253.7 nm,故處理效果最好〔11〕?紫外光照條件下,COD 去除率與照射時(shí)間成正相關(guān),反應(yīng)初始階段,h+先與OH-或H2O 發(fā)生作用生成·OH 進(jìn)而氧化有機(jī)物,這使得前20 min 內(nèi)COD 去除率增長較緩慢;20 min 后,反應(yīng)底物充足,去除率急劇增長?隨著反應(yīng)的進(jìn)行,納米TiO2表面光催化還原反應(yīng)生成單質(zhì)Cu 量增加, 對紫外光產(chǎn)生屏蔽作用,降低了光催化效率?綜合考慮,實(shí)驗(yàn)選取紫外光照條件下,處理水樣60 min?

　　2.2.2 TiO2加入量的影響

　　調(diào)節(jié)pH=5, 分別加入20?40?60 mL/L 膠體TiO2,UV 光照射,每隔20 min 取樣1 次,考察COD去除率隨時(shí)間的變化,結(jié)果見圖2?

　　由圖2 可知,TiO2加入40 mL/L 時(shí)COD 去除率最高?這是因?yàn)樵黾覶iO2加入量, 相當(dāng)于增加了TiO2有效接觸面積,促進(jìn)了氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行,但由于納米級的TiO2顆粒表面活性高,繼續(xù)增加加入量,使其碰撞幾率增加,易團(tuán)聚長大,反而導(dǎo)致有效表面積減少,同時(shí)遮蔽了入射光線,阻礙紫外光到達(dá)TiO2顆粒表面,降低了催化效率,因此TiO2的加入量要適宜,本實(shí)驗(yàn)的適宜TiO2加入量為40 mL/L?

　　2.2.3 pH 的影響

　　用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)進(jìn)水水樣pH,加入40 mL/L TiO2, 考察在不同pH 條件下,COD 去除率隨時(shí)間的變化,結(jié)果見圖3?

　　由圖3 可以看出,pH 是影響光催化效率的重要因素, 低pH 有利于光催化反應(yīng), 由于廢水含有Cu2+, 當(dāng)pH≥5 時(shí),Cu2+會形成氫氧化物沉淀沉降在TiO2光催化劑的表面,阻礙光氧化反應(yīng)的進(jìn)行?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:pH=3 時(shí),COD 去除率最高?

　　2.3 絮凝實(shí)驗(yàn)

　　在適宜條件下, 即Fe/C 微電解pH=3,Fe/C=1∶1,鐵投加質(zhì)量濃度為60 g/L,反應(yīng)時(shí)間為60 min;納米TiO2光催化法pH=3,TiO2加入量為40 mL/L,紫外光照時(shí)間60 min,對電鍍廢水預(yù)處理,再經(jīng)絮凝處理后, 出水Cu2+去除率達(dá)到99.98%,COD 去除率到60%以上?具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)微電解法可以有效去除電鍍廢水中的Cu2+,在影響微電解法效果的諸多因子中,初始pH 對Cu2+去除率影響最大,然后依次是鐵投加量?反應(yīng)時(shí)間?Fe/C, 即微電解法預(yù)處理電鍍廢水中Cu2+的最佳工藝條件是pH =3?Fe/C =1 ∶1?鐵投加質(zhì)量濃度60g/L?反應(yīng)時(shí)間60 min?在此條件下廢水Cu2+的去除率可達(dá)95.94%?

　　(2)通過實(shí)驗(yàn)證得,納米TiO2光催化法預(yù)處理電鍍廢水中的有機(jī)物在技術(shù)上可行, 并得到處理廢水的最佳條件:廢水pH=3,TiO2加入量40 mL/L,UV光照時(shí)間60 min?在此條件下,COD 平均去除率可達(dá)到56%?

　　(3)電鍍廢水經(jīng)Fe/C 微電解-光催化法組合工藝的預(yù)處理后, 再經(jīng)絮凝處理,Cu2 + 去除率達(dá)到99.98%,COD 去除率到60%以上?