膜分离-电化学技术处理含铜废水的实验研究

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印刷电路板生产过程中会产生的大量的含铜废水。这些含铜废水如果直接排放到环境中,不仅影响水生动植物的生长、水体自净能力,而且还有可能威胁到人们的饮用水安全和健康。为了保护生态环境和人体健康,含铜废水必须达标排放;同时铜还是一种稀缺资源,在地球上的储量有限,如果能够通过一定的方式回收废水中的铜,就会在减轻对环境和人类危害的同时产生较高的经济价值。   目前各种含铜废水处理技术单独应用时都存在一些不足,其应用范围也受到不同程度的限制。其中膜分离技术和电化学技术是两种最常用的技术。膜分离技术具有出水水质好、操作简便等优点,但其浓缩液需要经过妥善处理;电化学技术具有处理装置占地面积小、能回收铜等优点,但主要适合于高浓度含铜废水的处理。本文采用膜分离技术与电化学技术的组合方法开展含铜废水的处理与铜回收技术的实验研究。   为了探讨该组合技术的可行性,首先对膜分离技术处理含铜废水进行操作条件优化实验,并结合膜分离前后表面微观影像,探讨膜分离过程机理;其次对电化学技术处理含铜废水进行操作条件优化实验研究,并结合电极表面铜的沉积及气体的释放,推断发生的电化学反应;最后将膜分离技术与电化学技术联合起来处理含铜废水,废水先后进入膜分离装置,其浓缩水进入电化学装置,之后电化学装置出水再与膜分离装置进水混合,形成一个循环。该系统只有膜分离装置出水,而铜在电化学装置上沉积出来。根据膜分离装置与电化学装置各自的优化条件,总结出联合装置的综合优化条件。在该优化条件下,通过测定出水中铜离子的浓度、膜渗透通量及电解槽电流效率来考察该联合装置的整体性能。   研究发现,在进水中Cu2+浓度为100 mg·L-1,不加入添加剂的条件下,超滤膜(UF)与反渗透膜(RO)对Cu2+的截留率均小于90%;而通过添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS),UF与RO膜对Cu2+的截留率会随着SDBS的增加而逐渐升高,最高均可达到99%以上,同时UF膜具有远大于RO膜的膜比通量。与平板电极相比,三维电极具有更高的电流效率。SDBS的添加对于三维电极处理含铜废水的效率具有一定的促进作用。在膜分离与电化学技术的综合优化条件下,利用膜分离.电化学技术处理含铜废水,出水中Cu2+含量保持在0.5mg·L-1以下,在96 h以内保持较高的膜渗透通量。电化学装置在整个过程中的电流效率为23.6%,单位体积能耗仅0.14kwh·m-3。该联合装置在有效处理含铜废水的同时回收了铜。
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