Fe-Al电极组合电絮凝法处理含Ni-EDTA废水的研究

作     者：党亚攀 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡勇有;兰善红

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：电絮凝 Ni-EDTA 影响因素 机理分析 

摘      要：电絮凝法处理废水即在外加电场的作用下,通过溶解阳极生成金属离子并在适宜的pH下水解进而生成大量多形态的羟基聚合物,将水体中的目标污染物通过絮凝沉淀或气浮等方式去除。电絮凝法结合了电化学氧化还原,吸附混凝以及气浮分离等技术,具有去除效率高,无外加药剂,二次污染小,适用范围广,设备简单易操控维护等优点,在重金属废水处理领域逐渐成为研究的热点。但目前处理成本较高,电极钝化以及去除机理复杂等问题限制了电絮凝法在实际废水处理的应用,因此深入探讨其去除机理并提高其处理效率、减少成本是推广其在重金属废水处理领域应用亟待解决的问题。本研究采用了Fe-Al极板电絮凝法对Ni-EDTA废水进行处理。研究了电极材料,电流密度,初始pH,曝气速率,温度以及水中常见阴阳离子对Ni和TOC去除率的影响,并通过絮体性能及结构等分方面的分析,探讨了影响效果的原因,同时通过对反应特性的研究深入分析了Ni-EDTA的去除机制。实验结果表明铁为阳极铝为阴极的情况下产生的低聚态絮凝剂Fe(b)最多,对TOC和Ni的去除率最高;电流密度越大,TOC和Ni的去除效率越高,但电流效率到达一定程度后开始明显降低,能耗开始增大;初始pH=3去除效果最好,随着pH逐渐升高去除率开始下降;空气曝气优于不曝气,曝气速率过大或过小都不利于Ni和TOC的去除:不同温度下Fe(b)产量不同导致处理效果不同;水中常见阳离子Ca2+,Mg2+某种程度上抑制了反应的进行,阴离子中SO42-有利于絮体的生长,而NO3-,H2PO4-对于絮体的形成有一定的抑制作用。正交试验结果表明最佳条件为:电流密度为4.5 mA/cm2,初始pH值为3,曝气速率为0.3 L/min,温度为313 K,TOC和Ni的去除率分别为98.5%、99.9%,Ni浓度降低到0.1 mg/L以下。在以上条件下进行机理分析,絮体的SEM/EDS以及FT-IR分析结果表明,絮体中包含αFe2O3、各种形态的Fe(OH)x以及部分羧基类含氮有机物(EDTA),Ni-EDTA的去除主要通过铁离子水解产生的絮凝沉淀作用,此外溶液的紫外光谱实验分析表明Fe(Ⅲ)可以取代Ni-EDTA中的Ni从而使得Ni(Ⅱ)脱离EDTA(被置换)通过沉淀或者被吸附等方式去除。综上可知,Ni-EDTA的去除机理为:电解产生亚铁离子被氧化为三价铁离子与氢氧根离子结合产生三种不同形态的强氧化铁絮体,这些絮体可以通过电中和、吸附桥联以及网捕卷扫等一系列作用把水体中的Ni-EDTA去除,Fe(Ⅲ)还可以通过转络合反应取代Ni-EDTA中的Ni,使得Ni2+与废水中的OH-生成氢氧化物沉淀,从而降低废水中Ni的含量,此外EDTA的去除还包括电解过程中产生的活性氯以及前期伴随反应产生芬顿试剂的氧化分解等综合作用。