电解-电渗析联合工艺实现含铜废水资源化研究
本文提出并系统研究了电解-电渗析联合工艺处理含铜废水，目的是同时实现铜的回收和水资源的再利用。电解法适合于处理高浓度废水，优点是可以回收金属，缺点是出水水质差，不能达标排放；电渗析法适合处理低浓度废水，优点是出水淡水可以循环利用，缺点是浓水则需要进一步处理。电解-电渗析联合工艺正是结合了电解和电渗析的优点，同时克服了两者的缺点，实现了铜的回收和水的循环利用。
本文以酸性镀铜废水为研究对象，对电解-电渗析联合工艺进行了探索研究。重点以电压、进水Cu2+浓度和进水流量为主要操作参数，研究不同的操作参数对处理效果的影响。处理效果指标主要针对回收铜的形态和出水水质。
电解试验结果表明，动态电解更符合实际应用要求，而且运行电压越高，进水Cu2+浓度越高，进水流量越慢，处理效果越好；能耗随电压升高而升高，随进水浓度增高而降低，随进水流量增高而降低。但是高电压不经济，低流量没效率。同时由于有电渗析再后续处理，所以在能保证处理效果和能耗低的考虑下，该电解装置可针对500mg/L范围的高浓度含铜废水和电渗析浓缩废水，操作电压在2～2.5V，进水流量6L/h，铜的回收率可达90％以上，且纯度在99％以上，每回收一公斤铜电耗是2～7kW·h，针对市场上30～120元/公斤的回收价格，该工艺回收的铜能带来很大经济收益。另外不同电流密度下回收铜的形态不同，高电流密度下可产生海绵铜粉，低电流密度下可生成薄铜箔片，可根据所需要的回收铜的形态改变操作条件。回收得到的金属铜可以将铜粉或铜箔出售给回收公司统一利用。
电渗析试验结果表明，该电渗析装置可针对200mg/L以下的低浓度酸性镀铜废水，其中包括电解尾液，脱盐和浓缩效果都很好。脱盐效果随电压升高而提高，随进水Cu2+浓度增加而降低，过高或过低的进水流量都不利于脱盐；而浓缩效果随电压升高而提高，随进水浓度和进水流量变化不明显。经电渗析处理后，淡水出水在0.5～2mg/L范围内，电导率在200μs/cm以下，pH在3～4范围内，偏酸性。另外根据实际要求，可采取不同操作条件：如果出水要达标排放，可采用50V电压，适当调低流速，为2～6L/h；如果出水回用，淡水内Cu2+浓度只要在不同的回用用途范围内允许的情况下，可适当调高流速，高流速可以提高日处理废水量，提高工作效率。该工艺采取浓、淡水循环方式，提高了水回用率，可达75％～93％。经电渗析后的浓缩水里富含大量铜离子，可以再进行电解回收，再一次实现了工艺互补，联合工艺做到了废水零排放。
研究表明，该电解一电渗析联合工艺拓宽了不同进水浓度范围：不但可以处理低浓度含铜废水，还可以处理高浓度含铜废水，也可以二者同时进行处理。该工艺日处理量低，适合小型电镀厂，实现闭路循环，达到零排放。如果要提高日处理量，可适当增加电解槽数和电渗析段数。该工艺不但实现了废水处理的目标，而且无二次污染，同时还实现了铜和水资源循环利用，进一步对环境、经济、企业等带来了很大效益，真正做到了清洁生产。由于酸性镀铜废水相对来讲成分简单，而实际含铜废水是多种多样的，成分复杂，如何在电解过程中提高回收铜纯度和电解回收其他重金属是今后仍需研究的问题。
含铜废水资源化;废水处理;电解;电渗析;联合工艺;金属铜回收
中国海洋大学
硕士
环境工程
彭昌盛
2009
中文
X703.1;O646.51
71
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）