三维电极电解中试装置处理PCB含铜废水及成本估算
导读:：采用三维电极电解中试装置处理PCB含非络合铜废水。考察了极间距、电解电压、填充颗粒、电解时间对铜去除效果的影响。试验表明，适宜的运行条件为极间距4cm，电解电压22V，电解90分钟，铜去除率为52.1%，处理废水电费成本为1.12元/吨。
关键词：三维电极，中试装置，PCB含铜废水，电费
随着电子通讯行业的迅猛发展，我国已成为名副其实的PCB生产大国，PCB产量多年居世界第一位。PCB生产废水中污染物主要是COD与重金属铜[1]。产生铜废水的工序主要有：沉铜、全板电镀铜、图形电镀铜、蚀刻以及各种印制板前处理工序。其中含铜非络合物废水主要来源为磨板、全板电镀、图形电镀、酸性蚀刻以及其他一些漂洗工序[2]。本试验主要采用阴极填充粒子的三维电极电解法处理各环节排放的非络合综合含铜废水，并进行电费成本的估算。
1 试验
1.1 试验装置
三维电极中试设备如图1所示，采用PVC塑料制作(70cm
50cm
60cm)，处理水量140L，阳极为两块35 cm
45 cm的涂钛极板，阴极为2块20cm
53 cm的铜板，放置在宽6cm的玻璃槽中，槽中填充废铁屑或活性炭粒子。
图1 三维电极电解中试装置图
Fig.1 Schematic diagram of three-dimensional electrode pilot reactor
1.2 试验方法
试验设备为HY1711-5S双路可跟踪直流稳压电源、721可见分光光度计。铜离子检测采用2,9-二甲基-1,10-菲啰啉分光光度法。
铜离子流经粒子颗粒阴极，并在其表面还原吸附析出。试验用水取自线路板生产企业实际含非络合铜废水。粒子电极中的活性炭是不饱和的，故在试验前先用试验原水对其浸泡,并多次换水，测定浸泡前、后水中的铜离子，直至两者相同。试验考查极间距、电解电压、电解时间和不同填充粒子对铜去除率的影响，得出最佳运行参数，估算电费成本。
2 试验结果
2.1 极间距对铜离子去除的影响
为能更好的溶出废水中的铜，调节废水的pH值为3-4，试验中阴极添加了铁屑，考查当电解电压为13V和16V时，极间距分别为4cm和6cm条件下的铜去除，结果如图2。
Fig2.Effect of electrode distance on Cu removal
由图2可知，不同电压下铜去除率都随极间距的减小而增加，这是因为极间距影响着溶液的传质距离和电极电势[3]。极间距小相应的可减小对流、扩散传质的传质距离，增大传质的浓度梯度环境保护，强化传质效果，降低电解电压，提高电解速率和效率。但间距过小会影响操作的稳定性，因此试验中采用极间距4cm。当电压为16v时，电解215min铜去除率为49.6%，此时电流为5.80A，以河北省工业用电0.71元/度计，电费成本为1.68元。
2.2 电解电压、填充颗粒和电解时间对铜离子去除的影响
为使填充颗粒呈现复极化，电解电压必须足够高。当施加在粒子电极上的电压低于反应电压时，只有短路电流或旁路电流存在。大于反应电压时，则有反应电流出现。电压越高，复极化程度越大，处理效果越好，但耗电量越大，并且填充颗粒上副反应加剧，产生大量气泡环境保护，使得污染物在粒子上不能很好地吸附。试验考查了极间距4cm，阴极槽填充铁屑和活性碳两种粒子电极形式下的铜去除率，结果见图3和图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
试验表明阴极槽填充铁屑，当电压大于16v，电解220min以上时，铜去除率可达到50%，电压22v时电解135min，铜去除率为56.4%。而阴极槽填充活性炭时，电压在20v以下，铜去除率仍然极低，当大于22v后铜离子可去除50%以上中国期刊全文数据库。
图中还可看出阴极填充铁屑对铜的去除要好于填充活性炭颗粒，所需电压小，电解时间短，但通过电费估算可知阴极填充铁屑时电解电费成本较高。电压为22V，电解135分钟，铜去除率达到56.4%环境保护，进水铜浓度为58.0mg/L时，出水铜为25.3mg/L，电费成本1.72元/吨。阴极槽填充活性炭颗粒时，电压为22v，电解90min，铜去除率为52.1%，进水铜浓度为171.3mg/L时，出水铜为82.0mg/L，电费成本1.12元/吨。
由图4还可知，,随着电解时间的延长,对铜离子的去除率逐渐增大，在前135 min内铜去除率随时间的延长而迅速增大，之后增速逐渐减慢并趋于稳定。其原因是电解初期，装置内铜离子浓度高，能快速扩散到电极表面。之后装置铜浓度下降，浓度梯度对去除效果的影响变得显著，所以降解曲线变得越平缓。考虑到运行费用环境保护，电压为22v，电解时间宜取90 min。
3 结论
中试试验表明三维电极电解处理PCB非络合铜废水最佳处理条件时阴极槽添加活性炭粒子，极间距4cm，电压22V，电解90分钟，在此条件下铜去除率为52.1%，进水铜浓度为171.3mg/L时，出水铜为82.0mg/L，电费成本约为1.12元/吨。三维电极电解处理此种废水虽能回收铜，但出水达不到排放标准，需采用其他方法继续处理。
参考文献：
[1]谢东方.印制电路板废水处理技术应用实践[J].安全与环境工程,2005,12(1)：42-45
[2]刘晖.印制电路板废水处理设计[J].科技资讯,2007,9：198-199
[3]薛松宇.三维电极反应器处理染料废水的研究：[硕士].天津：天津大学,2005
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