三維電極電解中試裝置處理PCB含銅廢水及成本估算
導讀:：采用三維電極電解中試裝置處理PCB含非絡合銅廢水。考察了極間距、電解電壓、填充顆粒、電解時間對銅去除效果的影響。試驗表明，適宜的運行條件為極間距4cm，電解電壓22V，電解90分鐘，銅去除率為52.1%，處理廢水電費成本為1.12元/噸。
關鍵詞：三維電極，中試裝置，PCB含銅廢水，電費
隨著電子通訊行業的迅猛發展，我國已成為名副其實的PCB生產大國，PCB產量多年居世界第一位。PCB生產廢水中污染物主要是COD與重金屬銅[1]。產生銅廢水的工序主要有：沉銅、全板電鍍銅、圖形電鍍銅、蝕刻以及各種印制板前處理工序。其中含銅非絡合物廢水主要來源為磨板、全板電鍍、圖形電鍍、酸性蝕刻以及其他一些漂洗工序[2]。本試驗主要采用陰極填充粒子的三維電極電解法處理各環節排放的非絡合綜合含銅廢水，并進行電費成本的估算。
1 試驗
1.1 試驗裝置
三維電極中試設備如圖1所示，采用PVC塑料制作(70cm
50cm
60cm)，處理水量140L，陽極為兩塊35 cm
45 cm的涂鈦極板，陰極為2塊20cm
53 cm的銅板，放置在寬6cm的玻璃槽中，槽中填充廢鐵屑或活性炭粒子。
圖1 三維電極電解中試裝置圖
Fig.1 Schematic diagram of three-dimensional electrode pilot reactor
1.2 試驗方法
試驗設備為HY1711-5S雙路可跟蹤直流穩壓電源、721可見分光光度計。銅離子檢測采用2,9-二甲基-1,10-菲啰啉分光光度法。
銅離子流經粒子顆粒陰極，并在其表面還原吸附析出。試驗用水取自線路板生產企業實際含非絡合銅廢水。粒子電極中的活性炭是不飽和的，故在試驗前先用試驗原水對其浸泡,并多次換水，測定浸泡前、后水中的銅離子，直至兩者相同。試驗考查極間距、電解電壓、電解時間和不同填充粒子對銅去除率的影響，得出最佳運行參數，估算電費成本。
2 試驗結果
2.1 極間距對銅離子去除的影響
為能更好的溶出廢水中的銅，調節廢水的pH值為3-4，試驗中陰極添加了鐵屑，考查當電解電壓為13V和16V時，極間距分別為4cm和6cm條件下的銅去除，結果如圖2。
Fig2.Effect of electrode distance on Cu removal
由圖2可知，不同電壓下銅去除率都隨極間距的減小而增加，這是因為極間距影響著溶液的傳質距離和電極電勢[3]。極間距小相應的可減小對流、擴散傳質的傳質距離，增大傳質的濃度梯度環境保護，強化傳質效果，降低電解電壓，提高電解速率和效率。但間距過小會影響操作的穩定性，因此試驗中采用極間距4cm。當電壓為16v時，電解215min銅去除率為49.6%，此時電流為5.80A，以河北省工業用電0.71元/度計，電費成本為1.68元。
2.2 電解電壓、填充顆粒和電解時間對銅離子去除的影響
為使填充顆粒呈現復極化，電解電壓必須足夠高。當施加在粒子電極上的電壓低于反應電壓時，只有短路電流或旁路電流存在。大于反應電壓時，則有反應電流出現。電壓越高，復極化程度越大，處理效果越好，但耗電量越大，并且填充顆粒上副反應加劇，產生大量氣泡環境保護，使得污染物在粒子上不能很好地吸附。試驗考查了極間距4cm，陰極槽填充鐵屑和活性碳兩種粒子電極形式下的銅去除率，結果見圖3和圖4。
Fig3.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling scrap iron
Fig4.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling activated carbon
試驗表明陰極槽填充鐵屑，當電壓大于16v，電解220min以上時，銅去除率可達到50%，電壓22v時電解135min，銅去除率為56.4%。而陰極槽填充活性炭時，電壓在20v以下，銅去除率仍然極低，當大于22v后銅離子可去除50%以上中國期刊全文數據庫。
圖中還可看出陰極填充鐵屑對銅的去除要好于填充活性炭顆粒，所需電壓小，電解時間短，但通過電費估算可知陰極填充鐵屑時電解電費成本較高。電壓為22V，電解135分鐘，銅去除率達到56.4%環境保護，進水銅濃度為58.0mg/L時，出水銅為25.3mg/L，電費成本1.72元/噸。陰極槽填充活性炭顆粒時，電壓為22v，電解90min，銅去除率為52.1%，進水銅濃度為171.3mg/L時，出水銅為82.0mg/L，電費成本1.12元/噸。
由圖4還可知，,隨著電解時間的延長,對銅離子的去除率逐漸增大，在前135 min內銅去除率隨時間的延長而迅速增大，之后增速逐漸減慢并趨于穩定。其原因是電解初期，裝置內銅離子濃度高，能快速擴散到電極表面。之后裝置銅濃度下降，濃度梯度對去除效果的影響變得顯著，所以降解曲線變得越平緩。考慮到運行費用環境保護，電壓為22v，電解時間宜取90 min。
3 結論
中試試驗表明三維電極電解處理PCB非絡合銅廢水最佳處理條件時陰極槽添加活性炭粒子，極間距4cm，電壓22V，電解90分鐘，在此條件下銅去除率為52.1%，進水銅濃度為171.3mg/L時，出水銅為82.0mg/L，電費成本約為1.12元/噸。三維電極電解處理此種廢水雖能回收銅，但出水達不到排放標準，需采用其他方法繼續處理。
參考文獻：
[1]謝東方.印制電路板廢水處理技術應用實踐[J].安全與環境工程,2005,12(1)：42-45
[2]劉暉.印制電路板廢水處理設計[J].科技資訊,2007,9：198-199
[3]薛松宇.三維電極反應器處理染料廢水的研究：[碩士].天津：天津大學,2005
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