秦　序

(隴南師范高等?？茖W(xué)校, 甘肅 成縣 742500)

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電解浮除法影響微細(xì)顆粒研究

秦序

(隴南師范高等?？茖W(xué)校, 甘肅 成縣 742500)

摘要：含微細(xì)顆粒廢水由槽體上端進(jìn)流，槽體底端出流，使水流方向與底層電解產(chǎn)生氣泡上浮方向形成逆向流況，并透過流況分別觀察其顆粒-氣泡碰撞行為，探討其對浮除效率的影響。由電解產(chǎn)氣易于獲取較穩(wěn)定的粒徑均勻分布的顆粒，有利于控制電解產(chǎn)氣量及水力負(fù)荷流況，以獲取較穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件，探討最佳流況。經(jīng)由SS(懸浮物)/重金屬去除率及粒徑監(jiān)控分析，分別評估其浮除成效及最適合操作條件，研究結(jié)果顯示:在流量92 mL/min時，應(yīng)適度調(diào)升電流2 Amp(即產(chǎn)氣量)，此時浮除效率可達(dá)88%，亦即可提高處理負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：微細(xì)顆粒;電解浮除;重金屬

近年來，國內(nèi)中小企業(yè)及工廠如雨后春筍崛起，帶動了國家的經(jīng)濟(jì)增長。但工廠排出的廢物對環(huán)境造成的污染問題日益嚴(yán)重，尤其以電鍍金屬表面處理工業(yè)和染料工業(yè)所排放的含重金屬或染料廢水最為突出。電鍍、金屬表面處理工廠及染整工廠對整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展雖有卓越的貢獻(xiàn)，但是在制程運(yùn)作期間，由于鍍件的清洗及鍍液的老化而排放出大量含Cu、Zn、Ni、Cd等重金屬離子的廢水，均須加以妥善處理，否則將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前，一些傳統(tǒng)的處理方法諸如化學(xué)混凝等雖可將流出水質(zhì)處理以后達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但是所產(chǎn)生的污泥尚不能有效處置，易形成二次污染[1]?；瘜W(xué)混凝沉淀處理面臨很多困難，包括：1)多屬小規(guī)模者，土地空間小，擴(kuò)充空間不夠，限制廢水處理設(shè)備及功能。2)傳統(tǒng)沉淀法所需面積較大，而且對于快慢混及添加劑的操控性不易及不適，以至膠羽顆粒形成不佳，沉淀性不好。3)沉淀池污泥排出的操控性不佳，造成污泥沉積嚴(yán)重，減少有效容積，相對增加水力負(fù)荷，以致微細(xì)顆粒溢流影響水質(zhì)。4)沉淀池排泥的污泥含水率較高，后段仍需污泥濃縮單元。

近年來，半導(dǎo)體制造(芯片加工、制罩、皮模工程、照相制版、腐蝕、研平)及印刷電路版制造等電子信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)有大幅度的成長，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值貢獻(xiàn)占有相當(dāng)大的比例，然而在制造過程中的精密研磨(化學(xué)機(jī)械研磨)及拋光加工(印刷電路版銅箔)均產(chǎn)生超微細(xì)顆粒，其顆粒平均大小約為 60 nm，其混凝、沉淀成效欠佳，處理上甚為困擾[2]。本研究使用浮除槽將含微細(xì)顆粒廢水由槽體上端進(jìn)流，槽體底端出流，使水流方向與底層電解產(chǎn)生的氣泡上浮方向形成逆向流況，并透過流況分別觀察其顆粒-氣泡碰撞行為，探討其對浮除效率的影響。由電解產(chǎn)氣易獲取穩(wěn)定的粒徑及均勻分布的氣泡，有利于控制電解產(chǎn)氣量及水力負(fù)荷流況，以獲取較穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件，探討較佳的流況條件。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料與設(shè)備

浮除槽、LS-609型激光粒度儀。

工廠排放的含Cu、Zn、Ni、Cd等重金屬離子的廢水。

1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

先以批次式電解浮除實(shí)驗(yàn)方式獲取基本數(shù)據(jù)供后續(xù)研究參考。包括NaDS 適當(dāng)劑量、浮除時間。分別對含 Cu 廢水及芯片加工廢水進(jìn)行電解浮除，主要針對微細(xì)顆粒的特性，以連續(xù)流式電解浮除方式，提升處理負(fù)荷為目標(biāo)，探討最佳負(fù)荷及浮除條件。 控制因素包括：NaDS(十二烷基苯磺酸鈉鹽) 劑量、電流、流量、時間。分析項(xiàng)目包括﹕顆粒粒徑分布、Cu 濃度、SS、去除率。

2結(jié)果與討論

2.1批次式電解浮除

2.1.1NaDS 劑量對電解浮除重金屬Cu 的影響

在含Cu的電鍍廢水中添加S/M=1的NDDTC螯合劑，形成不溶性的螯合物顆粒，并添加以不同NaDS 劑量(10 mg/L、40 mg/L、96 mg/L、44 mg/L、288 mg/L)以批次式電解浮除。其電解浮除結(jié)果顯示，較高 NaDS 劑量(96 mg/L、144 mg/L、288 mg/L)對浮除效率并無幫助，而NaDS 劑量減至40 mg/L、10 mg/L，則浮除效率提升90.6%～98.4%[3]。如表1所示，浮除10 min即可達(dá)到96.9%的去除率，而浮除30 min所提升的浮除效率(98.4%)有限。

表1　NaDS 劑量對電解浮除含 Cu 重金屬廢水的影響

注：Cu濃度為63.5 mg/L。

2.1.2NaDS 劑量對電解浮除芯片加工廢水的影響

經(jīng)參考前項(xiàng) NaDS 劑量，本實(shí)驗(yàn)以添加 NaDS劑量(5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L)，并批次電解浮除芯片加工廢水10 min，如表2所示，添加NaDS=10 mg/L時，其浮除效率達(dá) 84.7%(殘余 SS 17 mg/L)，為最佳。故此為下一階段連續(xù)流實(shí)驗(yàn)提供重要參考依據(jù)。

表2　NaDS劑量對電解浮除芯片加工廢水的影響

2.2連續(xù)流電解浮除

2.2.1進(jìn)出流量變化對電解浮除的影響

經(jīng)前階段試驗(yàn)得知，以NaDS=10 mg/L為最佳添加劑量，并以連續(xù)進(jìn)出流控制方式進(jìn)行電解浮除芯片加工廢水的實(shí)驗(yàn)，流量控制在50 mg/min、60 mg/min、78 mg/min、92 mg/min、100 mL/min，以 1 Amp 電流進(jìn)行電解浮除。如表3所示，在最大流量 110 mL/min 時，浮除率僅為73%，SS 仍高達(dá)51 mg/L；隨著控制流量的遞減，至50～66 mL/min時則浮除率可提升至88%，SS 維持21～22 mg/L。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，最大流量將增加流體與氣泡/SS的相對速度，造成較大亂流(擾動)而影響浮除效率。

表3　進(jìn)出流量變化對電解浮除效率的影響

2.2.2改變電流對電解浮除的影響

分別以 1 Amp、2 Amp、3 Amp 電流及控制50 mL/min及92 mL/min流量進(jìn)行電解浮除，如表4所示，較大流量負(fù)荷對連續(xù)式電解率有相當(dāng)程度降低效果，此結(jié)果與前節(jié)所述一致。但若適度提高電流(即增加氣泡量，并同時增加氣泡粒徑)，如以2 Amp電流電解浮除時，較大流量(92 mL/min)亦可有效提升浮除效率達(dá) 88%。然而，當(dāng)電流增至3 Amp時，浮除效率則明顯下降；而且根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察浮除槽的流體流況有很明顯的對流情形，此乃大量氣泡量上升所造成因流體流況改變所致[4-8]。

表4　改變電流對電解浮除的影響

2.3粒徑分布特性分析

2.3.1電解氣泡及Cu 螯合物的粒徑分布

電解浮除系于陽離子產(chǎn)生 O2，陰極產(chǎn)生 H2，如圖1所示，NaDS=0時，氣泡粒徑分布為40～150 μm，若 NaDS=10 mg/ L 時，則氣泡粒徑可降至 20～50 μm。

圖1　電解氣泡粒徑分布

含Cu廢水經(jīng)添加 NDDTC 形成Cu-NDDTC螯合物的粒徑分布為80～500 μm或以上(見圖2)，當(dāng)然，NaDS 的添加影響螯合物的顆粒凝聚，顆粒粒徑分布小。

圖2　Cu-NDDTC螯合物顆粒粒徑分布

2.3.2NaDS 對粒徑分布的影響

芯片加工原廢水中 SS 粒徑分布，如圖3所示，其中小于 1 μm 顆?；虼笥?50 μm 屬少量者，如表5所示，分別以0.45 μm及0.2 μm濾紙過濾，予以探討其粒徑分布情形，但經(jīng)浮除后，則以 NaDS劑量添加變化，影響并不顯著[9-10]。但經(jīng)浮除后，則以NaDS為10 mg/L 劑量時的殘余SS 2 mg/L為最少，而且如圖4所示，浮除后 SS 粒徑為屬小于0.5 μm者，且為微量。顯示 NaDS 劑量顯著影響浮除效率。

圖3　芯片加工廢水SS 粒徑分布

表5　NaDS 添加劑量對芯片加工廢水粒徑分布的影響

圖4　芯片加工廢水經(jīng)電解浮除SS后的粒徑分布

3結(jié)論與建議

本研究經(jīng)改良的浮除槽配合模塊化設(shè)計(jì)極具設(shè)置擴(kuò)建彈性，更能以較小的反應(yīng)槽需用空間，達(dá)成較高的效能，符合易于操控、低耗能的研究目標(biāo)，也可以較少藥劑添加仍維持良好效果而減少污泥產(chǎn)生量，也能協(xié)助國內(nèi)業(yè)者克服目前面臨的困境，增進(jìn)業(yè)者有確實(shí)操作的意愿。

本研究以較大流量負(fù)荷，雖對連續(xù)式電解率有相當(dāng)程度降低效果，但若能配合適度提高電流(即增加氣泡量，并同時增加氣泡粒徑)予以電解浮除時，仍可有效提升浮除效率達(dá) 88%。然而，當(dāng)電流增加過量時，亦即大量氣泡量上升所造成流體流況改變，浮除槽的流體流況有很明顯的對流情形，則造成浮除效率明顯下降。所以，此項(xiàng)研究具有很好的利用價值及深遠(yuǎn)的影響。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

A study of the influence of electrolytic flotation on fine particles

QIN Xu

(Longnan Teachers College, Chengxian 742500, China )

Abstract：The wastewater containing fine particles flows into the bottom from the tank top, which makes the flowing direction and the bottom electrolytic become bubbles forming reverse flowing direction. This paper observes the particle bubble collision behavior through flowing condition, and investigates its effect on the removal efficiency of floating. It is easy to obtain the stable particle size distribution of the particles, which is favorable for controlling the gas flow rate and the hydraulic load flowing condition, in order to obtain a more stable experimental condition and explore the optimal flow condition. Through SS (suspended solids) / heavy metal removal rate and particle size analysis, separate assessment on the flotation efficiency and the most suitable operating conditions, the research results show when the large flow rate is 92 mL/min, 2 Amp (ie, gas consumption) will be turned up. For this time, the floating efficiency can reach 88%, which can improve the processing load.

Key words：fine particle; electrolytic flotation; heavy metals

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0040-04

作者簡介：秦序(1976-)，男，講師，研究方向：化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和水處理.

基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1308RJZK171)；甘肅省高?？蒲许?xiàng)目 ( 2013B-132)

收稿日期：2015-11-01