電子信息產業已經成為我國第一大支柱產業,作為電子元器件生產的基礎工藝, 電子電鍍工業得到了廣泛發展, 但在電鍍生產過程中產生了大量廢水?這些廢水通常含有大量金屬離子和有機物,若未經妥善處理排放,進入水體會引起富營養化,使受納水體缺氧,水生物死亡,水體發黑發臭,導致水體失去使用價值, 甚至會通過食物鏈危害人們的生活和身體健康?

　　近年來,關于微電解〔1-3〕和光催化法〔4-6〕單獨或與其他工藝聯合處理廢水的文章屢見報道, 但關于兩者聯合處理廢水的研究還未見有相關報道?筆者基于電鍍廢水高金屬含量?高有機物含量的特點,采用Fe/C 微電解-光催化聯合法預處理電鍍廢水,為后續生化處理創造了條件?

　　1 材料與方法

　　1.1 廢水水質

　　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 實驗方法

　　(1)微電解實驗?采用正交實驗法,將鐵屑依次經質量分數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 計放入廢水中,用濃HCl 調節pH;將處理好的鐵屑和活性炭按比例混勻后加入廢水中,進行攪拌反應,注意微電解反應過程中保持pH 的恒定, 反應后過濾, 測定Cu2+和COD?

　　(2)光催化實驗?采用單因素實驗,利用溶膠-凝膠法制備濃度為1.0 mol/L 的TiO2溶膠〔10〕?根據Fe/C 微電解正交實驗得到的最優條件,過濾100 mL經過Fe/C 微電解處理后的廢水于燒杯中,調節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間之后,靜置,測其COD?

　　(3)絮凝實驗利用Ca(OH)2調節組合工藝處理后的廢水pH 至8~9,攪拌反應20 min,靜置過濾,測定Cu2+和COD?

　　1.3 分析方法

　　pH 采用上海精密科學儀器有限公司的pHS-2F pH 計測定;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任公司的TAS-986原子吸收分光光度計測定?

　　2 結果與討論

　　2.1 微電解實驗

　　采用L9(3)4 正交表,以Cu2+去除率為處理指標,因素包括初始pH?鐵投加量?Fe/C?反應時間,根據單因素探索實驗,確定各因素水平,得正交實驗結果與分析見表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為: 初始pH>鐵質量濃度>反應時間>Fe/C,即最優組合為:初始pH=3,鐵質量濃度60 g/L,反應時間60 min,Fe/C=1∶1?廢水經最優微電解條件處理后,Cu2+質量濃度由664.71 mg/L 降至27.02 mg/L,去除率95.94%?

　　2.2 光催化實驗

　　2.2.1 光源類型與紫外光照時間的影響

　　取微電解處理后的水樣, 調節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 去除率隨時間的變化,結果見圖1?

　　由圖1 可知,光源類型和光照時間對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價帶與導帶的禁帶寬度為3.2 eV,只有波長≤387.5 nm 的入射光才能使其激發產生具有活性的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 去除率與照射時間成正相關,反應初始階段,h+先與OH-或H2O 發生作用生成·OH 進而氧化有機物,這使得前20 min 內COD 去除率增長較緩慢;20 min 后,反應底物充足,去除率急劇增長?隨著反應的進行,納米TiO2表面光催化還原反應生成單質Cu 量增加, 對紫外光產生屏蔽作用,降低了光催化效率?綜合考慮,實驗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

　　調節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去除率隨時間的變化,結果見圖2?

　　由圖2 可知,TiO2加入40 mL/L 時COD 去除率最高?這是因為增加TiO2加入量, 相當于增加了TiO2有效接觸面積,促進了氧化還原反應的進行,但由于納米級的TiO2顆粒表面活性高,繼續增加加入量,使其碰撞幾率增加,易團聚長大,反而導致有效表面積減少,同時遮蔽了入射光線,阻礙紫外光到達TiO2顆粒表面,降低了催化效率,因此TiO2的加入量要適宜,本實驗的適宜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節進水水樣pH,加入40 mL/L TiO2, 考察在不同pH 條件下,COD 去除率隨時間的變化,結果見圖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, 由于廢水含有Cu2+, 當pH≥5 時,Cu2+會形成氫氧化物沉淀沉降在TiO2光催化劑的表面,阻礙光氧化反應的進行?實驗結果表明:pH=3 時,COD 去除率最高?

　　2.3 絮凝實驗

　　在適宜條件下, 即Fe/C 微電解pH=3,Fe/C=1∶1,鐵投加質量濃度為60 g/L,反應時間為60 min;納米TiO2光催化法pH=3,TiO2加入量為40 mL/L,紫外光照時間60 min,對電鍍廢水預處理,再經絮凝處理后, 出水Cu2+去除率達到99.98%,COD 去除率到60%以上?具體參見污水技術資料更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　(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?反應時間?Fe/C, 即微電解法預處理電鍍廢水中Cu2+的最佳工藝條件是pH =3?Fe/C =1 ∶1?鐵投加質量濃度60g/L?反應時間60 min?在此條件下廢水Cu2+的去除率可達95.94%?

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

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