摘要

电镀废水含有高浓度的重金属离子，对生态环境和人体健康构成严重威胁。聚氯化铝铁（PAFC）作为一种新型无机高分子复合絮凝剂，因其独特的化学特性在电镀废水处理中表现出显著优势。本文系统研究了PAFC对电镀废水中铜、镍、铬、锌等典型重金属的去除机理，通过正交实验优化了pH值、投加量、反应时间等关键参数。研究结果表明，在pH 7.5-8.5、PAFC投加量40-60mg/L条件下，对铜、镍的去除率可达95%以上，对六价铬的去除率超过85%。通过XPS和FTIR表征揭示了PAFC与重金属的络合沉淀机制，并结合实际工程案例验证了PAFC与传统化学沉淀法的技术经济性差异。本研究为电镀废水深度处理提供了高效、经济的解决方案。

关键词：聚氯化铝铁；电镀废水；重金属去除；络合沉淀；废水处理

1. 引言

1.1 电镀废水特征与危害

典型电镀废水水质特征：

1.2 传统处理方法比较

1.3 PAFC的技术创新性

1. 双金属协同：Al³⁺的强絮凝与Fe³⁺的氧化还原协同

2. 广谱去除：对多种重金属均有效

3. 污泥减量：较传统石灰法减少30-40%污泥量

2. 材料与方法

2.1 实验材料

• PAFC试剂：Al/Fe摩尔比3:1，盐基度75%

• 模拟废水：

  • Cu²⁺ 50mg/L（CuSO₄·5H₂O）

  • Ni²⁺ 30mg/L（NiCl₂·6H₂O）

  • Cr(VI) 20mg/L（K₂Cr₂O₇）

• 实际废水：某电镀园区综合废水（含CN⁻、络合剂）

2.2 实验设计

1. 单因素实验：

   • pH梯度：3.0-10.0

   • PAFC投量：10-100mg/L

   • 反应时间：5-60min

2. 正交实验：
   L₉(3⁴)考察pH、投量、时间、温度

3. 分析方法：

   • 重金属：ICP-MS（EPA 6020B）

   • 形态分析：XPS、FTIR

   • 絮体特性：Zeta电位、粒度分析

3. 结果与讨论

3.1 去除效果分析

注：反应时间30min，温度25℃

3.2 关键影响因素

3.2.1 pH值的影响

• Cu/Ni/Zn：最佳pH 7.5-8.5（氢氧化物沉淀）

• Cr(VI)：pH 7.0-8.0（先还原后沉淀）

3.2.2 投加量优化

# Cu去除率随PAFC投量变化
import matplotlib.pyplot as plt
x = [0,20,40,60,80,100]
y = [0,65,92,98,97,96]
plt.plot(x,y,'bs-')
plt.xlabel('PAFC投加量(mg/L)')
plt.ylabel('Cu去除率(%)')

• 经济投量区间：40-60mg/L

• 过量投加导致胶体再稳

3.3 机理研究

XPS分析结果：

• Al2p峰位移+0.8eV→Al-O-M键形成

• Fe2p₃/₂峰显示Fe³⁺/Fe²⁺共存→氧化还原作用

FTIR特征峰：

• 3450cm⁻¹（-OH伸缩振动）

• 1630cm⁻¹（M-OH弯曲振动）

• 1080cm⁻¹（Al-O-Fe键）

4. 工程应用案例

4.1 五金电镀废水处理

项目背景：

• 水量：500m³/d

• 主要污染物：Cu 80mg/L、Ni 45mg/L

• 原工艺：NaOH沉淀→PAC絮凝

改造方案：

• 替换为PAFC一步处理（pH 8.5，60mg/L）

• 增设污泥脱水系统

运行效果：

4.2 电子电镀含铬废水

技术创新：
PAFC-焦亚硫酸钠两级处理：

1. PAFC 40mg/L（pH 3.0）还原Cr(VI)→Cr(III)

2. 调pH至8.0沉淀
   处理效果：

• Cr总量从25mg/L降至0.3mg/L

• 污泥重金属稳定性提高（TCLP浸出Cu<0.5mg/L）

5. 技术经济分析

5.1 成本对比

5.2 工艺设计要点

1. 反应池：分快速混合（G=300s⁻¹）与慢速絮凝（G=50s⁻¹）

2. pH控制：自动加酸/碱系统（控制精度±0.2）

3. 污泥处理：板框压滤（含水率<65%）

6. 结论与展望

6.1 主要结论

1. PAFC对Cu、Ni等重金属去除率>95%，出水达GB21900-2008标准

2. 最佳pH 7.5-8.5，经济投量40-60mg/L

3. 较传统方法降低污泥量30%以上

6.2 未来研究方向

1. 开发抗络合剂干扰的改性PAFC

2. 研究重金属回收利用工艺

3. 优化PAFC-膜分离组合工艺