隨著人類經(jīng)濟的快速發(fā)展，黃金礦產(chǎn)資源已經(jīng)成為人類不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。在黃金礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中會產(chǎn)生大量含有重金屬離子的礦業(yè)廢水，對人體健康及環(huán)境造成嚴重的危害〔1〕。目前國內(nèi)外普遍采用物理法、化學法、生物法等治理金礦廢水，但這些傳統(tǒng)方法處理后的廢水存在殘留Cd2+超標的問題。Cd2+會通過富集作用嚴重危害人類健康，水體中Cd2+質(zhì)量濃度超過0.01 mg/L便可使魚類中毒〔2, 3〕。
電絮凝可有效去除重金屬，能在一臺設(shè)備中完成電解絮凝、電氣浮、電解氧化還原等過程，包含了絮凝、氧化還原、吸附、上浮的協(xié)同效應(yīng)〔2, 3, 4〕，因此筆者采用同軸極脈沖電絮凝法對金礦廢水中的Cd2+進行去除。這種同軸極的連接方式可有效增加極板的接觸面積，有利于絮凝體的形成與擴散，增加去除效率，與傳統(tǒng)平板式電絮凝相比，不但提高了電流利用效率，能耗也隨之下降。同時結(jié)合鎘的去除率和能耗，研究分析了電流密度、廢水初始pH、反應(yīng)時間、攪拌速度等因素對Cd2+去除效果的影響。
1 試驗部分
1.1 廢水水質(zhì)
試驗用水取自河南靈寶某金礦企業(yè)廢水，為選治廢水，無色，有一定的刺激性氣味，已經(jīng)過預處理，氰化物濃度符合標準，但Cd2+仍然超標，經(jīng)檢測廢水中Cd2+達到0.244 1 mg/L，高于國家標準（0.1 mg/L），pH為5.64，COD為119 mg/L。
1.2 試驗裝置
試驗裝置如圖 1所示，同軸極電化學裝置的陰極和陽極由內(nèi)徑為60 mm和20 mm的純鋁管組成，陽極管有長條開口，目的是在攪拌過程中方便燒杯內(nèi)水體流動使溶液均勻混合。兩同軸極極板壁厚均為1 mm，極板間距為20 mm。電源為自制雙向脈沖電源，試驗時占空比調(diào)至0.7，脈沖頻率為400 Hz。
圖 1 試驗裝置
1.3 試驗儀器
HY KBU-810整流器，自制；TDGC-3Kva單相接觸式調(diào)壓器，華勻機械設(shè)備有限公司；pHS-3C 型pH計，上�？邓噧x器制造有限公司；7500a型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），美國Agilent公司。
1.4 試驗過程與方法
（1）Cd2+的測定。采用ICP-OES測量廢水中的Cd2+含量。（2）試驗過程。取500 mL廢水置于800 mL燒杯中，陰陽極板上方各用兩個絕緣夾子固定，保證極板間距為20 mm。極板與燒杯底部留有10 mm間距方便磁力攪拌器的攪拌。每次試驗前極板需要拋光并用稀酸浸泡，避免極板產(chǎn)生氧化膜干擾試驗。試驗結(jié)束后清洗極板和裝置。（3）能耗計算。針對金礦廢水，主要考慮試驗條件下去除Cd2+的電能消耗（E），見式（1）。
式中：I——電流強度，A；
U——電壓，V；
t——電解時間，s；
ΔC——去除重金屬離子的質(zhì)量濃度差值，mg/L；
V——廢水體積，L。
2 結(jié)果與分析
2.1 電流密度的影響
選取電流密度為重要考察因素。試驗條件：電解時間為25 min，廢水初始pH為6，極板間距為 20 mm，攪拌速度為500 r/min。電流密度在0.5~2.5 A/dm2時Cd2+去除率及相應(yīng)能耗變化如圖 2所示。
圖 2 電流密度對Cd2+去除率的影響
由圖 2 可見，電流密度由0.5 A/dm2增至1.5 A/dm2時，Cd2+去除率從71.1%升至96.6%，能耗由2.62 kW·h/mg達到17.81 kW·h/mg，此后電流密度繼續(xù)增加至2.5 A/ dm2，Cd2+去除率沒有顯著提高，只從96.6%升高到96.8%，能耗卻由17.81 kW·h/mg升到52.58 kW·h/mg。原因可能是隨著電流密度的增加，產(chǎn)生的絮凝體增多，氣泡也越劇烈，凝聚/氣浮效果也越好，Cd2+去除率越高；當電流密度在1.5 A/dm2時去除率趨向穩(wěn)定，若電流密度再增加，槽電壓會急劇上升，但去除率卻沒有顯著增加，只會過多消耗電能，說明該方法在一定電流條件下可以提高效率，節(jié)約成本。后續(xù)試驗電流密度選擇1.5 A/dm2。
2.2 初始pH的影響
在電流密度為1.5 A/dm2、電解時間為25 min、攪拌速度為500 r/min的條件下，考察廢水初始pH對Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 3所示。
圖 3 初始pH對Cd2+去除率的影響
由圖 3可見，Cd2+去除率隨初始pH的增加而增加，當pH＞6以后Cd2+去除率隨pH的增加而降低。這是由于鋁在偏堿性條件下有較強的溶解性〔5〕，溶解產(chǎn)生的Al3+與OH-結(jié)合形成的凝聚體有很強的絮凝能力，極大地增強對Cd2+的去除效果。隨著去除率的升高，能耗也隨之降低，pH為6時能耗最低，為17.81 kW·h/mg。試驗還發(fā)現(xiàn)，無論廢水初始pH為多少，反應(yīng)結(jié)束后廢水pH都呈中性。
2.3 反應(yīng)時間的影響
在電流密度為1.5 A/dm2、初始pH為6、極板間距為20 mm、攪拌速度為500 r/min的條件下，考察反應(yīng)時間對Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 4所示。
圖 4 電解時間對Cd2+去除率的影響
從圖 4可見，隨著電解反應(yīng)的進行，Cd2+去除率由15 min時的80.1%升至40 min時的96.8%。說明金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w物種是瞬間的，但單體物種形成凝聚體需要一定的時間過程〔6〕。 Cd2+去除率在25 min后趨向平衡。能耗在15 min時最低，并隨時間的推移逐步上升。從經(jīng)濟性角度分析，過長的電解時間只會浪費電能，因此在確保Cd2+去除率的情況下，可縮短電解時間，試驗選擇電解時間在25 min為宜。
2.4 攪拌速度的影響
極板間距內(nèi)要有適當?shù)碾娊庖毫坎拍馨l(fā)揮好的效果，在無攪拌作用下，某些區(qū)域水體內(nèi)的重金屬離子無法得到去除；另外水體在流動過程中會加速氣泡的生成并促進廢水與極板的充分接觸，但凝聚體吸附重金屬離子需要一定的時間，過快的攪拌速度會打破絮凝體，反而使去除率下降，所以選擇適當?shù)臄嚢杷俣仁潜匾�。在電流密度�?.5 A/dm2、初始pH為6、極板間距為20 mm、電解時間為25 min條件下，考察攪拌速度對Cd2+去除率的影響，結(jié)果如圖 5所示。由圖 5可見，無攪拌情況下Cd2+去除率僅為90.1%，500 r/min攪拌下Cd2+去除率最高，達到96.6%，能耗也最低，為17.81 kW·h/mg，因此選用攪拌速度為500 r/min。
圖 5 攪拌速度對Cd2+去除率的影響
3 結(jié)論
（1）同軸極脈沖電絮凝法對黃金礦業(yè)廢水中的 Cd2+有較好的去除效果，電流密度影響最大，其次是電解時間和初始pH，攪拌速度影響較小。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
（2）電流密度為1.5 A/dm2、電解時間為25 min、初始pH為6、攪拌速度為500 r/min時，同軸極電絮凝法對Cd2+的去除率達到96.6%，能耗為17.81kW·h/mg。
