双铁电极正弦交流电絮凝去除废水中锌镍工艺及机理研究

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随着重金属污染以及水资源消耗量的日益增长,淡水资源短缺是人类当前和未来面临的最大挑战之一。工业废水随意排放会严重破坏生态环境,所以在排放前应进行彻底地处理。电絮凝法因其操作简单、高效率和无二次污染等优点,在工业污染废水的可持续、低成本处理方面表现出巨大优势。本文采用双铁电极正弦交流电絮凝分别处理废水中的Zn2+、Ni2+,通过优化电絮凝参数研究重金属离子的去除效率。在最优参数下,探究了正弦交流电絮凝去除重金属废水存在的机理。本论文具体研究内容如下:(1)工艺参数对电絮凝性能有很大的影响。在初始pH控制为7,电流密度为5 mA?cm-2,NaCl浓度为100 mg?dm-3的最佳工艺参数下,双铁电极正弦交流电絮凝(SAC-EC)能有效去除初始浓度100 mg?dm-3的含Zn2+废水。电解时间为25 min,反应器数量为5组,电流密度为7 mA?cm-2,初始pH为7的操作参数下,能有效处理100 mg?dm-3含Ni2+合成废水。出水锌含量为0.215 mg?dm-3,镍含量为0.440mg?dm-3,相应的去除率分别为99.79%和99.56%。均可满足GB21900-2008排放标准要求(总锌含量低于2 mg?dm-3,总镍含量低于1 mg?dm-3)。(2)综合动力学方程和等温线吸附模型分析可知,正弦交流电絮凝去除废水Zn2+是一个复杂的电化学过程,包括沉淀,共沉淀,吸附和阴极还原等过程。热力学拟合表明絮凝体吸附Zn2+的过程具有吸热性和自发性。(3)通过SEM和EDS对化学絮凝法,直流电絮凝法和正弦交流电絮凝法产生的絮凝产物进行成分和形貌的分析,正弦交流电絮凝产生的絮凝物呈现比表面积更大的精细纳米球形且絮凝物吸附废水中锌原子含量最多。(4)通过FTIR和XRD对正弦交流电絮凝的产物进行分析,发现氢氧化铁絮凝物吸附锌和镍的过程中形成很多无定形结晶性较差的复杂水合物。(5)用正弦交流电絮凝方法处理真实的工业综合废水(Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+),初始浓度低于100 mg?dm-3。处理后的Cr6+、Cu2+、Zn2+、Ni2+浓度分别为0.119,0.220,0.270,0.107 mg?dm-3。经过处理的工业废水完全能够达到电镀废水国家排放标准,证明此方法在实际中处理工业废水是可行的。
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