含鉻電鍍廢水處理電絮凝法的應(yīng)用

當(dāng)前我國(guó)皮革、染色、電鍍等工業(yè)迅猛發(fā)展，推進(jìn)我國(guó)整體工業(yè)進(jìn)程發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了重金屬含鉻廢水對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。因此有必要對(duì)電絮凝法在含鉻電鍍廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究、分析，對(duì)我國(guó)含鉻廢水凈化處理有著重要的意義。

1、含鉻廢水的產(chǎn)生與危害

含鉻廢水的產(chǎn)生源有很多，例如機(jī)械行業(yè)、電鍍工業(yè)、航空行業(yè)等，除此之外，在皮革制造業(yè)中的皮毛染色與鉻鞣，冶金行業(yè)中進(jìn)行相應(yīng)的選礦處理，還有在實(shí)現(xiàn)某些特殊用途的鋼材生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的含鉻廢水。其中，水中鉻的存在形式主要有兩種，一種是以配合物形式存在的Cr，一種是以游離態(tài)形式（Cr(Ⅲ)與Cr(Ⅵ)）存在的Cr，其中無(wú)毒的Cr是零價(jià)鉻與二價(jià)鉻，Cr(Ⅲ)的毒性并不高，但Cr(Ⅵ)毒性較高，約為Cr(Ⅲ)的一百倍，會(huì)對(duì)人體造成非常大的危害，具有強(qiáng)烈的致癌作用，因此需要對(duì)含鉻廢水進(jìn)行處理，消除對(duì)人身體的不良影響。

2、實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)試劑選擇

主要的實(shí)驗(yàn)儀器有：722型可見(jiàn)分光光度計(jì)，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，PHS-2F型酸度計(jì)。該實(shí)驗(yàn)用到的儀器及材料有：鋁片尺，去離子水，氯化鈉，電鍍廢水，氫氧化鈉。其中鋁片尺的規(guī)格為：45mm×55mm×3mm。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先取一定量的重金屬離子的電鍍廢水（廢水中含Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+），放在1000mL的普通燒杯中，該燒杯即為電解槽。將鋁片作為陰陽(yáng)兩級(jí)，并放入燒杯中，應(yīng)保證鋁片作為電極放入電解槽后平行且垂直。為了有效提升電導(dǎo)率，可以在廢水中加入1g氯化鈉，并用NaOH調(diào)節(jié)試樣的pH值。隨后完成接線(xiàn)并將電源接通，為避免電解液出現(xiàn)濃差極化的現(xiàn)象，可以對(duì)電壓、電流進(jìn)行調(diào)整，并利用磁力攪拌器對(duì)其進(jìn)行攪拌處理。接著計(jì)時(shí)開(kāi)始，并定時(shí)定量地取電鍍廢水水樣進(jìn)行相應(yīng)分析，每次取的電鍍廢水水樣不得超過(guò)2mL。并用紫外分光光度計(jì)來(lái)對(duì)Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格按照GB/T7466-1987、GB/T11910-1989和GB/T7473-1987標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。其中廢水水質(zhì)pH值處于2至6之間，Cr(Ⅵ)的濃度為9.5至13mg/L，Ni2+的濃度為400至600mg/L，Cu2+的濃度為350至450mg/L。

取2.0g活性炭纖維放置在規(guī)格為250mm×130mm×150mm的自制容器中，該容器的有效容積為4L，厚度為5mm。在正常室溫下，電鍍廢水自下而上緩緩流過(guò)活性炭纖維，流速為3mL/min，當(dāng)纖維被完全穿透說(shuō)明活性炭纖維已經(jīng)充分吸附并達(dá)到了飽和狀態(tài)。最后來(lái)檢測(cè)活性炭纖維對(duì)電鍍廢水中Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 電流密度對(duì)金屬離子去除率的影響分析

利用電絮凝法來(lái)對(duì)含鉻廢水進(jìn)行相應(yīng)處理，pH值為8.0，微堿性。處理時(shí)間控制在30min，當(dāng)電極板的間距在2cm時(shí)，不同電流密度對(duì)Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率的影響如圖1所示：

從圖1可以看出，隨著電流密度的逐漸增加，kJ在1～5A/dm2時(shí)，Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率也在增加，Ni2+、Cu2+的去除率在5A/dm2達(dá)到了最大，當(dāng)電流密度繼續(xù)增加時(shí)，Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率開(kāi)始下降（其中Cr(Ⅵ)的去除率在5.6左右才開(kāi)始下降），主要原因?yàn)殡娏鞯拿芏仍谠黾訒r(shí)，對(duì)氧極的氧化還原反應(yīng)造成了很大影響，起初會(huì)增加電化學(xué)反應(yīng)速率，但同時(shí)也加速了電極的鈍化，當(dāng)kJ超過(guò)了5A/dm2時(shí)，此時(shí)的電極鈍化已經(jīng)非常嚴(yán)重，其中陽(yáng)極因產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而生成的氧化鋁復(fù)合物會(huì)覆蓋在陽(yáng)極的表面，而在陰極區(qū)會(huì)因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)導(dǎo)致pH值逐漸升高，而廢水中的Ca2+與Mg2+會(huì)與OH-發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鈣與氫氧化鎂等難溶物并覆蓋在陰極的表面，這也是導(dǎo)致電極鈍化的主要原因，從而有效降低了電解反應(yīng)速率，從而對(duì)絮凝劑的生成造成了嚴(yán)重的影響，使得絮凝效果明顯下降。除此之外，隨著電流密度的增加，在陰極產(chǎn)生的氫氣也在隨之增加，因此產(chǎn)生的氣泡更多、更大，氣浮作用也隨之增強(qiáng)，從而使得產(chǎn)生的氣泡對(duì)絮凝體的沖撞也越來(lái)越強(qiáng)烈，當(dāng)一些大的氣泡出現(xiàn)破裂時(shí)，產(chǎn)生的力量也會(huì)對(duì)絮凝體造成一定的切割作用。在上述因素的共同影響下，絮凝效果大大下降。基于此，電流的密度控制在5A/dm2為最佳。

3.2 處理時(shí)間對(duì)金屬離子去除率的影響分析

實(shí)驗(yàn)條件如下：電流密度為5A/dm2，電絮凝設(shè)備極板間距為2cm，pH值為8.0，微堿性。并將電絮凝處理時(shí)間設(shè)置為10min至60min，檢測(cè)時(shí)間間隔為10min一次，通過(guò)進(jìn)水流量的方法對(duì)檢測(cè)時(shí)間間隔進(jìn)行準(zhǔn)確控制。不同處理時(shí)間對(duì)Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+的去除率影響如圖2所示：

從圖2可以看出，當(dāng)處于最佳電流密度（5A/dm2）、處理時(shí)間在10min至25min時(shí)，設(shè)備對(duì)Cu2+、Cr(Ⅵ)與Ni2+非常明顯，呈快速上升的狀態(tài)，并于30min各自達(dá)到了頂峰，但當(dāng)處理時(shí)間超過(guò)30min，三種離子的絮凝去除率逐漸下降，且隨著處理時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，三種離子的去除率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，并沒(méi)有較為明顯的起伏變化。主要原因?yàn)樵陔娦跄ǖ奶幚硐?，其去除效果逐漸飽和并達(dá)到臨界狀態(tài)，因此隨著后續(xù)處理時(shí)間的持續(xù)增加，已經(jīng)不能夠再對(duì)去除率造成明顯影響。此外，通過(guò)上文的敘述我們得知，隨著時(shí)間的推移，電化學(xué)反應(yīng)會(huì)使陰陽(yáng)兩極開(kāi)始鈍化，即在陰陽(yáng)兩極處會(huì)各自發(fā)生副反應(yīng)，生成的難溶性物質(zhì)會(huì)覆蓋在鋁電極的表面，并最終形成一種保護(hù)膜，對(duì)鋁電極溶解和自由基產(chǎn)生量造成嚴(yán)重影響，使絮凝劑鋁離子的生成量減少的同時(shí)，整體氧化效果變?nèi)?，因此此時(shí)再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，對(duì)各項(xiàng)例子的去除已經(jīng)不具備多少實(shí)際的意義，只會(huì)造成電能的無(wú)謂消耗，增加整體電絮凝法處理工藝的運(yùn)行成本?；诖耍趹?yīng)用電絮凝法對(duì)含鉻電鍍水進(jìn)行處理時(shí)，處理時(shí)間控制在30min為最佳。

綜上所述，在對(duì)含鉻電鍍廢水進(jìn)行處理時(shí)應(yīng)用電絮凝法與活性炭纖維吸附法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即使對(duì)較為復(fù)雜的含鉻廢水，依然能夠起到良好的處理效果。根據(jù)最終的時(shí)間結(jié)果，我們可以看到當(dāng)處理時(shí)間為30min、電流密度維持在5A/dm2時(shí)，可以達(dá)到最佳的處理效果，此時(shí)的金屬離子去除率最高。運(yùn)用電絮凝法與活性炭纖維吸附結(jié)合法，金屬離子的去除率可達(dá)99%以上，與電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)相符。（來(lái)源：珠海市瑪斯特五金塑膠制品有限公司）