電鍍是利用電化學(xué)方法對(duì)金屬或非金屬材料的表面進(jìn)行裝飾、防護(hù)以獲得某些新性能的一種工藝過(guò)程，具有通用性強(qiáng)、使用面廣的特點(diǎn)。電鍍過(guò)程會(huì)產(chǎn)生含重金屬離子、氰根離子的廢水以及酸堿廢水。各類電鍍廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后混合，即成為綜合電鍍廢水，成分非常復(fù)雜，對(duì)環(huán)境和人類健康危害大。綜合電鍍廢水中含有鎘（Ⅱ）、鋅（Ⅱ）、鎳（Ⅱ）、銅（Ⅱ）等對(duì)環(huán)境有害的重金屬離子，還含有各種絡(luò)合劑、表面活性劑等，如何針對(duì)廢水的成分特點(diǎn)，采取行之有效的工藝處理，使之穩(wěn)定達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ２１９００－２００８），成為電鍍企業(yè)和科技工作者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。在這方面比較有代表性的研究結(jié)果如下：鄧學(xué)文采用ＰＡＣ、ＰＦＳ以及硫酸鉀鋁等絮凝劑處理綜合電鍍廢水，以期克服傳統(tǒng)處理模式中單一絮凝劑效果不盡理想的缺點(diǎn)，整體處理工序較為簡(jiǎn)易，成本低。不足之處在于鋅、銅等重金屬物質(zhì)不能得到全面清除；崔洪升等針對(duì)某電鍍科技園的綜合電鍍廢水，采用漂水氧化破除絡(luò)合物并配合氫氧化物和硫化物共沉淀的方法進(jìn)行處理，能夠較好地去除其中的金屬離子。該處理工藝藥劑材料來(lái)源廣泛，工藝運(yùn)行費(fèi)用較低，但流程較長(zhǎng)；王月娟等針對(duì)電鍍廢水含有多種重金屬離子和氰化物的特點(diǎn)，采用微電解－破氰預(yù)處理－中和混凝反應(yīng)等處理工藝進(jìn)行處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可直接排放，該法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大。
鐵－碳微電解法是指以鐵屑作為微電解的原料，即當(dāng)鐵屑浸沒(méi)在偏酸性的廢水溶液中時(shí)就會(huì)構(gòu)成數(shù)以千計(jì)的微原電池（其中純鐵作為陽(yáng)極，有雜質(zhì)組成的碳化鐵為陰極），同時(shí)，由于碳顆粒的存在，鐵屑與碳顆粒之間彼此接觸，從而形成了宏觀原電池，在此系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)從而有效去除廢水中的污染物的方法。硫化物沉淀法是根據(jù)Ｓ２－與重金屬離子生成的硫化物沉淀較氫氧化物的溶解度更小的原理去除廢水中的重金屬（離子），是工程實(shí)踐中常用的重金屬?gòu)U水處理方法，具有較寬的ｐＨ使用范圍，因而應(yīng)用廣泛。
本文嘗試將鐵－碳微電解與硫化鈉沉淀法組合，處理取自貴陽(yáng)市某機(jī)械加工企業(yè)電鍍車間產(chǎn)生的綜合電鍍廢水，以期兼具氧化破絡(luò)、絮凝、沉淀之效，有效去除廢水中的多種重金屬離子，探討Ｆｅ/Ｃ摩爾比、Ｎａ２Ｓ投加量和廢水最終ｐＨ等工藝參數(shù)對(duì)重金屬離子去除率的影響。
１、實(shí)驗(yàn)材料與方法
１.１ 主要試劑、儀器及實(shí)驗(yàn)廢水（綜合電鍍廢水）
鐵屑（貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)０８３基地電鍍廢水處理站，６０目，Ｆｅ/Ｃ可以根據(jù)需要由供貨方調(diào)整）、氫氧化鈉（茂名市雄大化工有限公司深圳分公司）、濃硫酸（廣州德樹(shù)化工有限公司）、ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ（天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司），Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ（無(wú)錫市晶科化工有限公司），以上試劑均為分析純。所用水為去離子水。
７２２分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司；ＳＴ３００型ｐＨ計(jì)（精密酸度計(jì)），上海雷磁儀器有限公司；ＤＦ－１０１ＳＺ數(shù)顯轉(zhuǎn)速集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，上海凌科實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。
電鍍廢水取自貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)０８３基地某電鍍車間的綜合電鍍廢水調(diào)節(jié)池。
１.２ 實(shí)驗(yàn)方法
用量筒量�。玻担埃恚毯墟k（Ⅱ）、鋅（Ⅱ）、鎳（Ⅱ）、銅（Ⅱ）的綜合電鍍廢水于一系列４００ｍＬ的燒杯中，在不同實(shí)驗(yàn)條件（包括Ｆｅ/Ｃ摩爾比、九水硫化鈉投加量、廢水最終ｐＨ）下進(jìn)行試驗(yàn)。在攪拌下先加入不同Ｆｅ/Ｃ的鐵屑，先進(jìn)行微電解反應(yīng)，５ｍｉｎ后再投加一定量的九水硫化鈉，以ＮａＯＨ和Ｈ２ＳＯ４溶液調(diào)節(jié)廢水ｐＨ至指定值，繼續(xù)攪拌反應(yīng)１０ｍｉｎ，然后靜置３０ｍｉｎ，使固液徹底分離，取上部清液測(cè)定其中殘余金屬離子的質(zhì)量濃度。
１.３ 分析方法
委托貴州大學(xué)化工及環(huán)境研究測(cè)試中心（采用ＩＣＰ－ＡＡＳ法）測(cè)定廢水及上清液中相關(guān)重金屬離子濃度，ｐＨ值自行測(cè)定，結(jié)果如表１。
去除率的定義：
式中：χＭ—金屬離子的去除率，％；ρ廢水—廢水中金屬離子的質(zhì)量濃度，ｍｇ/Ｌ；ρ上清液—上清液中殘余金屬離子的質(zhì)量濃度，ｍｇ/Ｌ。
２、結(jié)果與討論
２.１ Ｆｅ/Ｃ摩爾比對(duì)殘余金屬離子濃度的影響
按照１.２的方法，在２５０ｍＬ廢水（ｐＨ４.６）中加入不同Ｆｅ/Ｃ的鐵屑５ｇ，常溫下攪拌反應(yīng)１０ｍｉｎ，靜置沉淀３０ｍｉｎ后取上清液進(jìn)行檢測(cè)，得到各種金屬離子的質(zhì)量濃度與Ｆｅ/Ｃ摩爾比的關(guān)系，如圖１所示。
可見(jiàn)隨著Ｆｅ/Ｃ摩爾比的增大，上清液中殘余的金屬離子不斷減少。當(dāng)Ｆｅ/Ｃ摩爾比為１:１.１４時(shí)，金屬離子殘余質(zhì)量濃度達(dá)到最小。在微電解過(guò)程中，微電池產(chǎn)生的Ｆｅ２＋促使溶液中的重金屬離子產(chǎn)生氫氧化物沉淀而被從廢水中去除。但當(dāng)Ｆｅ２＋量過(guò)多時(shí)，與純鐵對(duì)應(yīng)的碳化鐵陰極嚴(yán)重不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)中微電解反應(yīng)受阻，重金屬離子的去除效果變差；而且過(guò)量的Ｆｅ２＋極易被氧化成Ｆｅ３＋，造成廢水色度增加。鑒于以上結(jié)果，本試驗(yàn)選取的最佳Ｆｅ/Ｃ摩爾比為１:１.１４。微電解過(guò)程可以去除廢水中６５％以上鎘（Ⅱ）、鎳（Ⅱ）、銅（Ⅱ）離子，對(duì)鋅（Ⅱ）離子的去除率要小些，僅達(dá)４６％。經(jīng)過(guò)微電解工序處理后，廢水中重金屬離子的含量大幅降低，為后續(xù)硫化鈉沉淀法減少了負(fù)荷。
２.２ Ｎａ２Ｓ投加量對(duì)殘余金屬離子濃度的影響
按照１.２的方法，固定Ｆｅ/Ｃ摩爾比為１:１.１４，在２５０ｍＬ廢水中加入不同量的Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ，常溫下攪拌反應(yīng)５ｍｉｎ，之后調(diào)節(jié)廢水ｐＨ至６.５，再反應(yīng)１０ｍｉｎ，靜置沉淀３０ｍｉｎ后取上清液進(jìn)行檢測(cè)，得到各種金屬離子的質(zhì)量濃度與Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ投加量的關(guān)系，如圖２所示。
隨著Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ投加量的增加，上清液中金屬離子濃度減少。當(dāng)Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ的投加量為０.２９ｇ/Ｌ時(shí)，上清液中金屬離子濃度最低，分別為Ｃｄ２＋０.４６ｍｇ/Ｌ、Ｚｎ２＋１.３５ｍｇ/Ｌ、Ｎｉ２＋０.４７ｍｇ/Ｌ、Ｃｕ２＋０.２９ｍｇ/Ｌ。在Ｆｅ/Ｃ摩爾比一定的情況下，Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ的投加量越大，反應(yīng)產(chǎn)生的ＭＳ（硫化物沉淀）就越多。但當(dāng)Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ投加量過(guò)大時(shí)，生成的ＭＳ會(huì)因形成多硫化物絡(luò)合物而溶解，導(dǎo)致上清液中金屬離子含量增加。所以Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ的投加量過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響金屬離子的去除效果。Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ的用量因廢水水質(zhì)而異。在本實(shí)驗(yàn)條件下，Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ的最佳投加量為０.２９ｇ/Ｌ。
２.３ 最終ｐＨ值對(duì)殘余金屬離子濃度的影響
按照１.２的方法，固定Ｆｅ/Ｃ摩爾比為１:１.１４、Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ投加量為０.２９ｇ/Ｌ的，用�。龋玻樱希椿颍危幔希热芤赫{(diào)節(jié)廢水的最終ｐＨ，然后取適量上清液測(cè)試其中相關(guān)金屬離子的濃度，以金屬離子濃度對(duì)ｐＨ值作圖，如下圖３。
廢水的最終ｐＨ對(duì)廢水處理結(jié)果影響大。當(dāng)ｐＨ＝３時(shí)，處理后的廢水中鎘（Ⅱ）離子質(zhì)量濃度為０.７５ｍｇ/Ｌ、鋅離子（Ⅱ）質(zhì)量濃度為１.６５ｍｇ/Ｌ、鎳（Ⅱ）離子質(zhì)量濃度為１.２１ｍｇ/Ｌ、銅（Ⅱ）離子質(zhì)量濃度為０.４５ｍｇ/Ｌ。而當(dāng)廢水最終ｐＨ＝７時(shí)，處理后的廢水中鎘（Ⅱ）、鋅（Ⅱ）、鎳（Ⅱ）、銅（Ⅱ）幾種重金屬離子的質(zhì)量濃度降至最低，分別為Ｃｄ２＋０.３５ｍｇ/Ｌ、Ｚｎ２＋０.９８ｍｇ/Ｌ、Ｎｉ２＋０.２７ｍｇ/Ｌ和Ｃｕ２＋０.１８ｍｇ/Ｌ。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最終ｐＨ值為７.０。
３、結(jié)論
利用鐵－碳微電解－改進(jìn)硫化鈉沉淀法處理綜合電鍍廢水，可同時(shí)去除廢水中多種重金屬離子，沉淀反應(yīng)速度快。影響金屬離子去除率的主要因素是Ｆｅ/Ｃ摩爾比、Ｎａ２Ｓ投加量以及反應(yīng)體系的最終ｐＨ。鐵－碳微電解步驟可以去除綜合電鍍廢水中半數(shù)以上重金屬離子，減輕后續(xù)硫化鈉沉淀法的處理負(fù)荷，降低廢水處理成本，確保廢水達(dá)標(biāo)排放。
在最佳實(shí)驗(yàn)條件下（Ｆｅ/Ｃ摩爾比為１:１.１４，Ｎａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ投加量為０.２９ｇ/Ｌ，最終ｐＨ為７.０，常溫下攪拌反應(yīng)１５ｍｉｎ），各種重金屬離子在上清液中的殘余質(zhì)量濃度分別是鎘（Ⅱ）離子０.３５ｍｇ/Ｌ、鋅（Ⅱ）離子０.９８ｍｇ/Ｌ、鎳（Ⅱ）離子０.２７ｍｇ/Ｌ、銅（Ⅱ）離子０.１８ｍｇ/Ｌ，金屬離子的去除率分別是Ｃｄ２＋９０.３％、Ｚｎ２＋８４.２％、Ｎｉ２＋９４.３％和Ｃｕ２＋９６.０％，根據(jù)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ２１９００－２００８）表２中Ｃｄ２＋排放濃度限值是０.０５ｍｇ/Ｌ，而經(jīng)本方法處理，廢水中Ｃｄ２＋的濃度是０.３５ｍｇ/Ｌ，遠(yuǎn)未達(dá)到要求，還需采用重金屬捕集劑或其他方法進(jìn)一步去除廢水中殘余的Ｃｄ２＋。（來(lái)源：貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院）
