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电絮凝法在含铬电镀废水处理中的应用

[摘要]以电絮凝法在含铬电镀废水处理中的应用为研究对象,首先简单阐述了含铬废水的产生与危害,随后通过实验对电絮凝法在含铬电镀废水处理中的应用进行了具体分析,并在其应用中以活性炭纤维吸附法作为辅助,从而达到了更好的铬离子去除效果。当前我国皮革、染色、电镀等工业迅猛发展,推进我国整体工业进程发展的同时也带来了重金属含铬废水对环境的严重污染。因此有必要对电絮凝法在含铬电镀废水处理中的应用进行研究、分析,对我国含铬废水净化处理有着重要的意义。

    1·含铬废水的产生与危害

    含铬废水的产生源有很多,例如机械行业、电镀工业、航空行业等,除此之外,在皮革制造业中的皮毛染色与铬鞣,冶金行业中进行相应的选矿处理,还有在实现某些特殊用途的钢材生产过程中都会产生大量的含铬废水。其中,水中铬的存在形式主要有两种,一种是以配合物形式存在的 Cr,一种是以游离态形式(Cr( Ⅲ ) 与 Cr( Ⅵ ))存在的 Cr,其中无毒的 Cr 是零价铬与二价铬,Cr( Ⅲ ) 的毒性并不高,但 Cr( Ⅵ ) 毒性较高,约为 Cr( Ⅲ ) 的一百倍,会对人体造成非常大的危害,具有强烈的致癌作用,因此需要对含铬废水进行处理,消除对人身体的不良影响。

    2·实验

    2.1 实验仪器及实验试剂选择

    主要的实验仪器有:722 型可见分光光度计,DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器,PHS-2F 型酸度计。该实验用到的仪器及材料有:铝片尺,去离子水,氯化钠,电镀废水,氢氧化钠。其中铝片尺的规格为:45 mm×55 mm×3 mm。

    2.2 实验方法

    首先取一定量的重金属离子的电镀废水(废水中含 Cu2+ 、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+),放在 1000 mL 的普通烧杯中,该烧杯即为电解槽。将铝片作为阴阳两级,并放入烧杯中,应保证铝片作为电极放入电解槽后平行且垂直。为了有效提升电导率,可以在废水中加入 1 g 氯化钠,并用 NaOH 调节试样的 pH 值。随后完成接线并将电源接通,为避免电解液出现浓差极化的现象,可以对电压、电流进行调整,并利用磁力搅拌器对其进行搅拌处理。接着计时开始,并定时定量地取电镀废水水样进行相应分析,每次取的电镀废水水样不得超过 2 mL。并用紫外分光光度计来对 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的质量浓度进行检测,并计算 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的去除率。检测标准要严格按照 GB /T7466-1987、GB /T11910-1989 和 GB /T7473-1987 标准进行检测。其中废水水质 pH 值处于 2 至 6 之间,Cr( Ⅵ ) 的浓度为 9.5至 13 mg/L,Ni2+ 的浓度为 400 至 600 mg/L,Cu2+ 的浓度为 350至 450 mg/L。

    取 2.0 g 活性炭纤维放置在规格为 250 mm×130 mm×150mm 的自制容器中,该容器的有效容积为 4 L,厚度为 5 mm。

    在正常室温下,电镀废水自下而上缓缓流过活性炭纤维,流速为 3 mL/min,当纤维被完全穿透说明活性炭纤维已经充分吸附并达到了饱和状态。最后来检测活性炭纤维对电镀废水中Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的去除率。

    3·实验结果与讨论

    3.1 电流密度对金属离子去除率的影响分析

    利用电絮凝法来对含铬废水进行相应处理,pH 值为 8.0,微碱性。处理时间控制在 30 min,当电极板的间距在 2 cm 时,不同电流密度对 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+的去除率的影响如图 1 所示:



    从图 1 可以看出,随着电流密度的逐渐增加, k J 在 1 ~ 5A/d㎡时,Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的去除率也在增加,Ni2+、Cu2+的去除率在 5 A/dm2 达到了最大,当电流密度继续增加时,Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的去除率开始下降(其中 Cr( Ⅵ ) 的去除率在 5.6 左右才开始下降),主要原因为电流的密度在增加时,对氧极的氧化还原反应造成了很大影响,起初会增加电化学反应速率,但同时也加速了电极的钝化,当 k J 超过了 5 A/d㎡ 时,此时的电极钝化已经非常严重,其中阳极因产生电化学反应而生成的氧化铝复合物会覆盖在阳极的表面,而在阴极区会因为电化学反应导致 pH 值逐渐升高,而废水中的 Ca2+ 与 Mg2+ 会与OH- 发生反应生成氢氧化钙与氢氧化镁等难溶物并覆盖在阴极的表面,这也是导致电极钝化的主要原因,从而有效降低了电解反应速率,从而对絮凝剂的生成造成了严重的影响,使得絮凝效果明显下降。除此之外,随着电流密度的增加,在阴极产生的氢气也在随之增加,因此产生的气泡更多、更大,气浮作用也随之增强,从而使得产生的气泡对絮凝体的冲撞也越来越强烈,当一些大的气泡出现破裂时,产生的力量也会对絮凝体造成一定的切割作用。在上述因素的共同影响下,絮凝效果大大下降。基于此,电流的密度控制在 5 A/dm2 为最佳。

    3.2 处理时间对金属离子去除率的影响分析

    实验条件如下:电流密度为 5 A/d㎡,电絮凝设备极板间距为 2 cm,pH 值为 8.0,微碱性。并将电絮凝处理时间设置为10 min 至 60 min,检测时间间隔为 10 min 一次,通过进水流量的方法对检测时间间隔进行准确控制。不同处理时间对 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+ 的去除率影响如图 2 所示:

    

    从图 2 可以看出,当处于最佳电流密度(5 A/d㎡)、处理时间在 10 min 至 25 min 时,设备对 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 与 Ni2+非常明显,呈快速上升的状态,并于 30 min 各自达到了顶峰,但当处理时间超过 30 min,三种离子的絮凝去除率逐渐下降,且随着处理

    在含铬电镀废水处理中的应用进行了具体分析,并在其应用中以活性炭纤维吸附法作为辅助,从而达到了更好的铬离子去除效果。,三种离子的去除率逐渐趋于稳定状态,并没有较为明显的起伏变化。主要原因为在电絮凝法的处理下,其去除效果逐渐饱和并达到临界状态,因此随着后续处理时间的持续增加,已经不能够再对去除率造成明显影响。此外,通过上文的叙述我们得知,随着时间的推移,电化学反应会使阴阳两极开始钝化,即在阴阳两极处会各自发生副反应,生成的难溶性物质会覆盖在铝电极的表面,并最终形成一种保护膜,对铝电极溶解和自由基产生量造成严重影响,使絮凝剂铝离子的生成量减少的同时,整体氧化效果变弱,因此此时再延长反应时间,对各项例子的去除已经不具备多少实际的意义,只会造成电能的无谓消耗,增加整体电絮凝法处理工艺的运行成本。基于此,在应用电絮凝法对含铬电镀水进行处理时,处理时间控制在 30 min 为最佳。

    综上所述,在对含铬电镀废水进行处理时应用电絮凝法与活性炭纤维吸附法进行有机结合,即使对较为复杂的含铬废水,依然能够起到良好的处理效果。根据最终的时间结果,我们可以看到当处理时间为 30 min、电流密度维持在 5 A/dm2 时,可以达到最佳的处理效果,此时的金属离子去除率最高。运用电絮凝法与活性炭纤维吸附结合法,金属离子的去除率可达 99%以上,与电镀废水排放标准相符。

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