隨著人類經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黃金礦產(chǎn)資源已經(jīng)成為人類不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。在黃金礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬離子的礦業(yè)廢水，對(duì)人體健康及環(huán)境造成嚴(yán)重的危害〔1〕。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用物理法、化學(xué)法、生物法等治理金礦廢水，但這些傳統(tǒng)方法處理后的廢水存在殘留Cd2+超標(biāo)的問(wèn)題。Cd2+會(huì)通過(guò)富集作用嚴(yán)重危害人類健康，水體中Cd2+質(zhì)量濃度超過(guò)0.01 mg/L便可使魚(yú)類中毒〔2, 3〕。

電絮凝可有效去除重金屬，能在一臺(tái)設(shè)備中完成電解絮凝、電氣浮、電解氧化還原等過(guò)程，包含了絮凝、氧化還原、吸附、上浮的協(xié)同效應(yīng)〔2, 3, 4〕，因此筆者采用同軸極脈沖電絮凝法對(duì)金礦廢水中的Cd2+進(jìn)行去除。這種同軸極的連接方式可有效增加極板的接觸面積，有利于絮凝體的形成與擴(kuò)散，增加去除效率，與傳統(tǒng)平板式電絮凝相比，不但提高了電流利用效率，能耗也隨之下降。同時(shí)結(jié)合鎘的去除率和能耗，研究分析了電流密度、廢水初始pH、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度等因素對(duì)Cd2+去除效果的影響。

1 試驗(yàn)部分
 
1.1 廢水水質(zhì)
試驗(yàn)用水取自河南靈寶某金礦企業(yè)廢水，為選治廢水，無(wú)色，有一定的刺激性氣味，已經(jīng)過(guò)預(yù)處理，氰化物濃度符合標(biāo)準(zhǔn)，但Cd2+仍然超標(biāo)，經(jīng)檢測(cè)廢水中Cd2+達(dá)到0.244 1 mg/L，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg/L），pH為5.64，COD為119 mg/L。

1.2 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置如圖 1所示，同軸極電化學(xué)裝置的陰極和陽(yáng)極由內(nèi)徑為60 mm和20 mm的純鋁管組成，陽(yáng)極管有長(zhǎng)條開(kāi)口，目的是在攪拌過(guò)程中方便燒杯內(nèi)水體流動(dòng)使溶液均勻混合。兩同軸極極板壁厚均為1 mm，極板間距為20 mm。電源為自制雙向脈沖電源，試驗(yàn)時(shí)占空比調(diào)至0.7，脈沖頻率為400 Hz。

圖 1 試驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)儀器
HY KBU-810整流器，自制；TDGC-3Kva單相接觸式調(diào)壓器，華勻機(jī)械設(shè)備有限公司；pHS-3C 型pH計(jì)，上海康藝儀器制造有限公司；7500a型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），美國(guó)Agilent公司。

1.4 試驗(yàn)過(guò)程與方法
（1）Cd2+的測(cè)定。采用ICP-OES測(cè)量廢水中的Cd2+含量。（2）試驗(yàn)過(guò)程。取500 mL廢水置于800 mL燒杯中，陰陽(yáng)極板上方各用兩個(gè)絕緣夾子固定，保證極板間距為20 mm。極板與燒杯底部留有10 mm間距方便磁力攪拌器的攪拌。每次試驗(yàn)前極板需要拋光并用稀酸浸泡，避免極板產(chǎn)生氧化膜干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后清洗極板和裝置。（3）能耗計(jì)算。針對(duì)金礦廢水，主要考慮試驗(yàn)條件下去除Cd2+的電能消耗（E），見(jiàn)式（1）。

式中：I——電流強(qiáng)度，A；

U——電壓，V；

t——電解時(shí)間，s；

ΔC——去除重金屬離子的質(zhì)量濃度差值，mg/L；

V——廢水體積，L。

2 結(jié)果與分析
 
2.1 電流密度的影響
選取電流密度為重要考察因素。試驗(yàn)條件：電解時(shí)間為25 min，廢水初始pH為6，極板間距為 20 mm，攪拌速度為500 r/min。電流密度在0.5~2.5 A/dm2時(shí)Cd2+去除率及相應(yīng)能耗變化如圖 2所示。

圖 2 電流密度對(duì)Cd2+去除率的影響

由圖 2 可見(jiàn)，電流密度由0.5 A/dm2增至1.5 A/dm2時(shí)，Cd2+去除率從71.1%升至96.6%，能耗由2.62 kW·h/mg達(dá)到17.81 kW·h/mg，此后電流密度繼續(xù)增加至2.5 A/ dm2，Cd2+去除率沒(méi)有顯著提高，只從96.6%升高到96.8%，能耗卻由17.81 kW·h/mg升到52.58 kW·h/mg。原因可能是隨著電流密度的增加，產(chǎn)生的絮凝體增多，氣泡也越劇烈，凝聚/氣浮效果也越好，Cd2+去除率越高；當(dāng)電流密度在1.5 A/dm2時(shí)去除率趨向穩(wěn)定，若電流密度再增加，槽電壓會(huì)急劇上升，但去除率卻沒(méi)有顯著增加，只會(huì)過(guò)多消耗電能，說(shuō)明該方法在一定電流條件下可以提高效率，節(jié)約成本。后續(xù)試驗(yàn)電流密度選擇1.5 A/dm2。

2.2 初始pH的影響
在電流密度為1.5 A/dm2、電解時(shí)間為25 min、攪拌速度為500 r/min的條件下，考察廢水初始pH對(duì)Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 初始pH對(duì)Cd2+去除率的影響

由圖 3可見(jiàn)，Cd2+去除率隨初始pH的增加而增加，當(dāng)pH＞6以后Cd2+去除率隨pH的增加而降低。這是由于鋁在偏堿性條件下有較強(qiáng)的溶解性〔5〕，溶解產(chǎn)生的Al3+與OH-結(jié)合形成的凝聚體有很強(qiáng)的絮凝能力，極大地增強(qiáng)對(duì)Cd2+的去除效果。隨著去除率的升高，能耗也隨之降低，pH為6時(shí)能耗最低，為17.81 kW·h/mg。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論廢水初始pH為多少，反應(yīng)結(jié)束后廢水pH都呈中性。

2.3 反應(yīng)時(shí)間的影響
在電流密度為1.5 A/dm2、初始pH為6、極板間距為20 mm、攪拌速度為500 r/min的條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 4所示。

圖 4 電解時(shí)間對(duì)Cd2+去除率的影響

從圖 4可見(jiàn)，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，Cd2+去除率由15 min時(shí)的80.1%升至40 min時(shí)的96.8%。說(shuō)明金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w物種是瞬間的，但單體物種形成凝聚體需要一定的時(shí)間過(guò)程〔6〕。 Cd2+去除率在25 min后趨向平衡。能耗在15 min時(shí)最低，并隨時(shí)間的推移逐步上升。從經(jīng)濟(jì)性角度分析，過(guò)長(zhǎng)的電解時(shí)間只會(huì)浪費(fèi)電能，因此在確保Cd2+去除率的情況下，可縮短電解時(shí)間，試驗(yàn)選擇電解時(shí)間在25 min為宜。

2.4 攪拌速度的影響
極板間距內(nèi)要有適當(dāng)?shù)碾娊庖毫坎拍馨l(fā)揮好的效果，在無(wú)攪拌作用下，某些區(qū)域水體內(nèi)的重金屬離子無(wú)法得到去除；另外水體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)加速氣泡的生成并促進(jìn)廢水與極板的充分接觸，但凝聚體吸附重金屬離子需要一定的時(shí)間，過(guò)快的攪拌速度會(huì)打破絮凝體，反而使去除率下降，所以選擇適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣仁潜匾�的。在電流密度�?.5 A/dm2、初始pH為6、極板間距為20 mm、電解時(shí)間為25 min條件下，考察攪拌速度對(duì)Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 5所示。由圖 5可見(jiàn)，無(wú)攪拌情況下Cd2+去除率僅為90.1%，500 r/min攪拌下Cd2+去除率最高，達(dá)到96.6%，能耗也最低，為17.81 kW·h/mg，因此選用攪拌速度為500 r/min。

圖 5 攪拌速度對(duì)Cd2+去除率的影響

3 結(jié)論
（1）同軸極脈沖電絮凝法對(duì)黃金礦業(yè)廢水中的 Cd2+有較好的去除效果，電流密度影響最大，其次是電解時(shí)間和初始pH，攪拌速度影響較小。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）電流密度為1.5 A/dm2、電解時(shí)間為25 min、初始pH為6、攪拌速度為500 r/min時(shí)，同軸極電絮凝法對(duì)Cd2+的去除率達(dá)到96.6%，能耗為17.81kW·h/mg。