CN113415929A - 一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法，包括：将钢丝棉投入到盛有电镀废水的容器中，在室温下反应0.5‑10h，取样检验反应完成后，将由此处理过的电镀废水进行过滤或/及再沉淀过滤后可得沉淀物及无色澄清的水溶液。无色澄清的水溶液即为有效去除残留金属离子的、达标的、可直排的电镀废水。本发明创新性采用钢丝棉将电镀废水中有毒有害的重金属离子或/及贵重金属离子反应置换成易处置或易回收的金属单质或其化合物，进而从电镀废水中富集去除或回收。且由于钢丝棉中含有的铁和碳中部分具有纳米结构，这样既有铁、碳参与的微电解引发或加速反应，又有纳米效应使反应进行的迅速和完成的彻底。本发明操作简单、效果显著，且能耗低、成本低。

Description

一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法。

背景技术

电镀是当今全球三大污染行业之一。电镀工艺是指通过电解作用，在金属工件表面覆盖一薄层其它金属或合金的方法，常见的有电镀铬、镉、镍、铜、锌、金、银、钯、铑等。电镀废水成分复杂，成分不易控制，其中含有铬、镉、镍、铜、锌、金、银等重金属离子和氰化物等，有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质，毒性大、危害性大，对生态环境有较大的破坏作用，如果其中的重金属排入河流、湖泊、海洋，或进入土壤环境中，会被生物富集并通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康。重金属的大量排放不仅污染环境、危害人民群众的生命健康，更是对宝贵的重金属资源的一种浪费。因此建立高效多功能的电镀废水处理方法对保护生态环境和人类健康有非常重要的意义。

常见的电镀废水处理方法主要有生化法、化学沉淀法、电解法、离子交换法以及膜分离法等，生化法投资和运行成本低，处理效果好，但污泥量大，且处理效果受温度和废水中氰化物等影响，不够稳定；化学沉淀法产生大量污泥，会对环境造成二次污染；电解法处理效果不够理想；离子交换法以及膜分离法等成本和能耗高、设备复杂、操作时间长且选择性低。另这些处理方法主要是基于去除其残留的金属离子，基本不涉及直接或简便回收金属的课题。

如何设计一种更经济、快捷的电镀废水处理方法及兼顾直接或简便回收金属是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法，方法简单、成本低、回收率高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法，包括：将钢丝棉投入到盛有电镀废水的容器中，在室温下反应0.5-10h，取样检验反应完成后，将由此处理过的电镀废水进行过滤或/及再沉淀过滤后可得沉淀物及无色澄清的水溶液，其中沉淀物为电镀废水中残留的金属离子被钢丝棉中的铁反应置换成的金属或其化合物，无色澄清的水溶液为有效去除残留金属离子的、达标的、可直排的电镀废水。

作为上述方案的优选，取样检验时，利用化学分析或仪器分析的方法检测电镀废水中各金属离子浓度。

作为上述方案的优选，再过滤之前，向溶液中加入碱，调节pH值进行中和沉淀。

作为上述方案的优选，中和沉淀的碱采用石灰、氢氧化钙、氢氧化钠、氨中的一种或多种。

作为上述方案的优选，在处理期间，钢丝棉中的铁、碳及发生的微电解反应，产生的Fe²⁺、还原性[H]将电镀废水中有毒有害的重金属离子及贵金属离子还原成易除去的或易回收的金属单质或化合物。

作为上述方案的优选，电镀废水中的金属离子包括铬、镉、镍、铜、锌、金、银、钯、铑、汞、铅等中的任意一种或多种。

作为上述方案的优选，所述钢丝棉是由特种碳钢经特种工艺加工而成、其表面含有纳米铁。

作为上述方案的优选，在钢丝棉的边沿及裂纹中含有纳米铁。

由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

本发明创新性提出基于钢丝棉的电镀废水处理方法，采用钢丝棉将电镀废水中有毒有害的重金属离子还原成易除去或易回收的金属单质或化合物，进而从电镀废水中富集去除，且处理过程中钢丝棉中的铁、碳发生微电解反应，能够引发及加快处理反应的速度。钢丝棉具有纳米结构的铁，它比表面积大、反应性更强、价格低廉等各种优势，具有现有处理电镀废水的方式方法中不可能比拟的优点。本发明操作简单、效果显著，能够一次性去除电镀废水中多种金属，且能耗低、成本低。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法，所用的钢丝棉专业解释为：含有碳元素的碳钢线材，经过冷拉和冷刮削工艺制成的毫米-微米级的无限长的碳钢纤维。

方法具体包括：

S1、将钢丝棉投入到盛有电镀废水的容器中，在室温下反应0.5-10h(在本实施例中室温下反应2-3h)，取样检验反应完成后，将由此处理过的电镀废水进行过滤或/及再沉淀过滤后可得沉淀物及无色澄清的水溶液，沉淀物为电镀废水中残留的金属离子被钢丝棉中的铁反应置换成的金属或其化合物，无色澄清的水溶液为有效去除残留金属离子的、达标的、可直排的电镀废水。

其中，电镀废水中的金属离子包括铬Cr、镉Cd、镍Ni、铜Cu、锌Zn、金Au、银Ag、钯Pd、铑Rh、汞Hg、铅Pb等中的任意一种或多种。

在处理期间，钢丝棉中的铁、碳发生微电解反应，在此过程中产生的Fe²⁺、还原性[H]将电镀废水中有毒有害的重金属离子还原成易除去的或易回收的金属离子或者金属单质。还原出来的金属单质部分吸附在钢丝棉上，部分会以沉淀物的状态存在于泥中。

铁碳微电解技术也称铁屑过滤法、铁碳内电解法、铁还原法，是以铁为阳极、碳为阴极、废水中的离子作为电解质形成的无数微小原电池的电极反应，进而通过氧化还原、物理吸附、絮凝、沉淀、电化学富集等协同作用，实现重金属离子的去除、废水脱色、有机污染物去除、降低毒性，提高有机废水的可生化性等目的。同时原电池反应属于放热的反应，能够加快氧化还原反应。

本实施例中的主要反应方程式包括：

原电池反应：

阳极(Fe电极)反应：Fe-2e^-→Fe²⁺

E^θ(Fe²⁺/Fe)＝0.44V

阴极(C电极)反应：

无溶解氧时：

2H⁺+2e^-→2[H]→H₂

E^θ(H⁺/H₂)＝0.00V

有溶解氧时：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

E^θ(O₂)＝1.23V

金属离子的还原反应：

M²⁺+2e^-→M(M表示Zn、Cu、Cd、Ni、Ag、Au、Pb、Hg等)

Cr⁶⁺+3e^-→Cr³⁺

S2、无色澄清的过滤溶液在室温下静置一会(5-10分钟)，会变成黄褐色溶液(因铁离子的影响)，此时向上述溶液内加入碱(石灰、氢氧化钙、氢氧化钠、氨等中的一种或多种，本实施例中选用氢氧化钠)调节pH值进行中和沉淀，去除溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺等，再进行沉淀分离，得到最终无色澄清的溶液，且置于室温下不会再变色。

S3、利用化学分析或仪器分析的方法检测电镀废水中各金属离子浓度，在本实施例中，利用电感耦合离子体发射光谱法(ICP-AES，ICP-AES能够用于对铝、镁、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、镉、锡、锑、钨、铅和铋等量的测定)检测电镀废水中各金属离子浓度的去除率，以及是否达到排放标准。

经检测，特定电镀废水中的重金属离子的去除率达到了96-98％，其他重金属离子的去除率达到了95％，含Cu的电镀废水中的Cu²⁺能够达到排放标准。以含铬废水为例，含铬废水里面的铬的去除率可以达到96-98％，此废水里面的镍、铜等去除率达到95％以上。

在本实施例中，所述钢丝棉是由特种碳钢经特种工艺加工而成、其表面含有纳米铁。尤其在钢丝棉的边沿及裂纹中含有纳米铁。在与电镀废水的残留金属离子的作用中，能迅速、完全彻底的将金属离子还原置换为金属原子或易被沉淀下来的低价离子，使直排水中电镀废液的金属离子的浓度远远低于现有电镀废水中排放标准中的浓度。整个过程环保、简便、清洁、高效、富有很好的经济效益和社会效益。

与普通零价铁相比有较大的比表面积，能够增大铁与重金属离子的接触面积，提高反应速率，提高去除效率，同时，纳米金属的表面原子有着较高的化学活性，是吸附的活性位点，因而展现出很强的吸附性能。与普通零价铁材料相比，纳米零价铁具备还原性和吸附性双重特质，纳米零价铁能够通过吸附和还原等大幅度降低电镀废水中多种重金属离子，因此在去除水环境污染物领域有着更大的优势。

本发明采用钢丝棉将电镀废水中有毒有害的重金属离子还原成易除去的或易回收的金属单质或其化合物，进而从电镀废水中富集去除或回收，且处理过程中钢丝棉中的铁、碳发生微电解反应及纳米效应，能够加快处理速度及使反应进行的迅速和完成的彻底。本发明操作简单、效果显著，能够一次性去除或回收电镀废水中的多种金属，且能耗低、成本低。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，包括：将钢丝棉投入到盛有电镀废水的容器中，在室温下反应0.5-10h，取样检验反应完成后，将由此处理过的电镀废水进行过滤或/及再沉淀过滤后可得沉淀物及无色澄清的水溶液，其中沉淀物为电镀废水中残留的金属离子被钢丝棉中的铁反应置换成的金属或其化合物，无色澄清的水溶液为有效去除残留金属离子的、达标的、可直排的电镀废水。

2.根据权利要求1所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，取样检验时，利用化学分析或仪器分析的方法检测电镀废水中各金属离子浓度。

3.根据权利要求1所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，再过滤之前，向溶液中加入碱，调节pH值进行中和沉淀。

4.根据权利要求3所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，中和沉淀的碱采用石灰、氢氧化钙、氢氧化钠、氨中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，在处理期间，钢丝棉中的铁、碳及发生的微电解反应，产生的Fe²⁺、还原性[H]将电镀废水中有毒有害的重金属离子及贵金属离子还原成易除去的或易回收的金属单质或化合物。

6.根据权利要求1所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，电镀废水中的金属离子包括铬、镉、镍、铜、锌、金、银、钯、铑、汞、铅中的任意一种或多种。

7.在根据权利要求1至6中任意一项所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，所述钢丝棉是由特种碳钢经特种工艺加工而成、其表面含有纳米铁。

8.根据权利要求7所述的基于钢丝棉的电镀废水处理方法，其特征在于，在钢丝棉的边沿及裂纹中含有纳米铁。