硫化—三维电极联合处理印刷电路板废水的研究

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随着印刷电路板行业的发展,使用的电镀添加剂种类和数量越来越多,成分也越来越复杂,含有这种添加剂的废水COD值高、可生化性差、与重金属离子结合生成比较稳定的配位离子,加大了处理的难度。本课题以Cu-EDTA模拟废水为研究对象,采用“强碱性硫化.三维电极联合技术”先破络去除重金属再采用高级氧化技术降解有机物。取得了如下重要成果:(1)绘制了Cu2+-H2O系pc-pH图和Cu2+羟合配离子分率αn-pH图。pc-pH图描述了Cu(OH)2(s)溶解平衡时,铜的总离子平衡浓度与pH值关系,αn-pH图指出了各种羟合配离子分率与pH值关系。在Cu2+-EDTAS2--H2O体系中,分别绘制了Cu2+-H2O系(溶解平衡)、Cu2+-H2O系(配位平衡)、Cu2+-EDTA-H2O系、Cu2+-S2--H2O系的1g[CU2+]-pH关系曲线。结果表明:在pH值为7~14的范围内,Cu2+-S2--H2O系中游离的Cu2+浓度远远小于Cu2+-EDTA-H2O系中Cu2+浓度,表明用硫化沉淀法可以脱除Cu2+-EDTA-H2O系中的铜。没有EDTA时,pH值为7-12.5时会出现Cu(OH)2沉淀,但有EDTA存在时,Cu(OH)2沉淀会转化为EDTA铜配合离子,表明用中和水解法不能将Cu2+-EDTA-H2O系溶液中的铜脱除。(2)提出采用强碱性硫化法破络沉铜技术。通过单因素试验和正交试验考察了水解反应时间、硫化沉淀时间、pH值、Na2S加入量、反应温度和PAM加入量等因素的影响。确定了工艺参数为:水解时间10min,硫化反应时间30min,pH值13.0、Na2S与Cu2+摩尔比1.2,反应温度25℃,PAM加入量6mg/L,在此条件下,Cu2+去除率可以达到99.37%。极差分析结果表明:pH值为影响Cu2+离子去除效果的主要因素,接着依次为水解时间、硫化反应时间、Na2S加入比例。(3)制作并发明了高效三维电极反应器及其处理难降解有机废水的技术。通过单因素实验和正交实验考察了pH值、进水流量、水温、电导率、电流强度和电解时间等因素对废水COD/TOC去除率的影响。在有隔膜的情况下,进水pH值为6.0-8.0,进水流量200mL/min,水温25℃,电导率1ms/cm-1.50ms/cm,电流200mA-300mA时,电解1小时,TOC的去除率可以达到96.40%。影响EDTA去除的因素主次顺序为:电导率>电流强度>电解时间>温度>pH值。在无隔膜的情况下,反应条件基本相同,但外加电压较低,电流效率相对较高。(4)提出EDTA降解由2种电催化氧化途径协同作用。通过加入羟基自由基清除剂叔丁醇,得到在本研究条件下EDTA经由2种电催化氧化途径的协同作用被去除:①直接氧化,即EDTA首先传质吸附在粒子电极和石墨电极表面,在上述电极催化作用下失去电子直接被氧化降解;②间接氧化,由电解水生成·OH等氧化中间体间接氧化降解。(5)初步探讨了采用浸渍法改性活性炭。考察了Mn(NO32作为浸渍液对活性炭的改性效果,改性后的粒子电极与未改性的相比催化活性没有明显变化,活性组份的流失和未制得具有催化活性的Mn2O3晶体组成导致了改性的失败,XRD图谱显示改性后的活性炭主要晶体组成为Mn3O4,而非Sn2O3。(6)深入研究了三维电极法处理EDTA废水的逐级氧化降解机理,发明了粒子电极的电化学再生技术。通过对活性炭使用前后的红外光谱谱图分析,可以认定EDTA被活性炭吸附后,形成了σ-σ*反馈键,导致EDTA相关键断裂被分解为甘氨酸H2NCH2COOH。活性炭经过多次使用后,甘氨酸H2NCH2COOH由起初的单分子通过N-H键在活性炭上呈缔合状态存在。这种缔合物可能是非催化活性化合物,在电解过程中不易去除,使活性炭失去活性。采用三维电极法产生高浓度的羟基自由基·OH,单独将残存在活性炭中的缔合物(H2NCH2COOH)n强行降解,使活性炭恢复活性。通过考察电解反应时间、溶液电导率、电流强度、溶液pH值、进水温度等条件对有机物去除效果的影响,得出了活性炭活化的最佳条件是:电解时间1h,电解温度25℃,电导率1.39ms/cm,电流强度为100-300mA,pH值6-8。在上述条件下可以使活性炭恢复活性,对有机物的降解率保持在95%以上。
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