膜电解法处理含镍废水的技术经济性能研究

文章编号:1003-1197(2006)01-0017-03膜电解法处理含镍废水的技术经济性能研究赵静怡,王三反,唐玉霖(兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070)收稿日期:2006201219;修订日期:2006202221作者简介:赵静怡(1981-),女,甘肃兰州人,硕士研究生。摘要:采用单阴膜电解法对含镍废水进行处理,在理论分析的基础上研究了电解液pH值、Ni2+浓度、电流强度等影响因素。实验结果表明,对于pH值为015～110、Ni2+的平均质量浓度为1400mgΠL的含镍废水,在电解电流150mA、电压5V的条件下,控制电解时间为20～24h,调节电解液初始pH值为4,采用离子交换法将Ni2+富集到14000mgΠL时,平均电流效率可达到9017%,镍的平均去除率为8817%,可比普通电化学法电流效率提高30%,节能50%以上。关键词:含镍废水;膜电解法;镍回收;电化学法;影响因素中图分类号:X703文献标识码:A1前言金属镍及其化合物会对人体产生严重危害,对水生生物也有明显的毒害作用,且难以在自然环境中降解为无害物质。因此,从含镍废液中回收镍,在经济和环保方面都具有重要的意义,一直受到广泛的重视[1]。膜电解是将膜的分离功能与电化学的氧化还原作用有机结合的一种新型水处理工艺。它是在直流电场作用下,以电位差为推动力,使离子态的物质在溶液中定向运动;利用隔膜的选择透过性,使部分离子穿过膜,从而实现溶液的分离、淡化、浓缩、精制或纯化。阴、阳极室中的物质分别参与电极反应,在阳极氧化或阴极还原析出。膜电解法中所用的隔膜是离子交换膜,其性能对膜电解效果影响很大。离子交换膜对离子具有选择透过性,通常分为阳膜和阴膜,阳膜对于阳离子具有可透过性,并阻挡阴离子通过,而阴膜正好相反[2]。本实验在对双膜三室电解法和单膜二室电解法处理含镍废水进行研究的基础上,对单阴膜电解工艺与普通电解工艺的技术经济性能进行了详细地对比研究。2实验条件211实验水质实验用含镍废水是经过除锰处理的金刚石生产废水,其pH值为015～110,Ni2+的平均质量浓度为1400～1460mgΠL,Cl-的质量浓度为115～135mgΠL,SO2-4的质量浓度为2000～2300mgΠL。212测试仪器及方法实验采用PHS-30型酸度计测定pH值;采用721型分光光度计,依据GB8703—88丁二酮肟光度法测定Ni2+。213选材实验选用1mm镍板做阴极,石墨做阳极;隔膜分别选用3361C型聚乙烯异相磺酸型阳离子交换膜和3362A型聚乙烯异相季胺型阴离子交换膜。3实验及讨论实验是在对不同膜组合工艺的研究基础上,对所确定的最佳工艺———单阴膜电解法与常规电解法在处理酸性含镍废水,并对镍进行阴极回收过程中的电流强度、pH值、处理效率、回收率、能耗及残液浓度等技术经济性能进行了对比研究。311阴极镍还原的影响因素在对酸性含镍废水进行阴极还原回收时,阴极有可能发生的还原反应为:2H++2e→H2↑,Ni2++2e→Ni。阴极电极电位较高者将优先被还原。根据热力学原理:<=<0+RTnFlnα氧化α还原,及塔菲尔(Tafel)过电位经验公式:η=a+blnId可知[3],若要改变某物质在阴极上的还原电极电位,可通过改变该物质在溶液中的浓度和改变操作电流这两条最有效的途径实现。在酸性含镍废液中,H+的还原远较金属镍的析出容易。因此,如果能够一方面降低H+浓度,降低H+的实际析出电位,并在整个电解过程中控制pH值,另一方面提高溶液中Ni2+浓度,增大镍的实际析出电位,那么就有可能使镍优先还原[4,5]。71铁道劳动安全卫生与环保2006年第33卷1期环保(1)在原酸性废液的实际条件下,Ni2+浓度为1400mgΠL时,镍的析出电位是: