電解法處理模擬含鉻電鍍廢水

1、目錄 TOC o 1-5 h z 摘要2Abstract 3前言41.1電鍍廢水的危害41.2銘對人體的作用51.3含銘電鍍廢水的處理發(fā)展和現(xiàn)狀51.4實驗原理61.5本論文研究的意義7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 實驗過程72.1藥品與儀器72.2溶液配制82.3實驗內(nèi)容82.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制92.3.2單因素試驗92.3.3正交試驗 10 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3結(jié)果與分析103.1繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線103.2單因素數(shù)據(jù)分析113.2.1處理時間與去除率的關(guān)系113.2.2溶液

2、溫度與去除率的關(guān)系 123.2.3電解電壓與去除率的關(guān)系133.2.4加入硫酸鉀的的量與去除率的關(guān)系144結(jié)論16參考文獻16致謝錯誤!未定義書簽。電解法處理模擬含鉻電鍍廢水摘 要：本文簡述電鍍污水以及Cr （丑）的危害，通過電解的方法處理模擬含 銘的電鍍污水。先以單因素實驗來觀察不同條件下Cr （丑）的去除率，再通過 正交試驗優(yōu)化參數(shù)。實驗結(jié)果表明：處理時間為1.25h,加入硫酸鉀的量為0.8g, 電解電壓為15v,溶液溫度為50C時，可以把Cr（丑）的濃度處理到小于0.5mg/l, 達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)（W0.2mg/l）。關(guān)鍵詞：含銘廢水；電解法；正交試驗Electrolysis treat

3、ment of simulated chromium electroplatingwastewaterAbstract: This paper describes the electroplating wastewater , as well as the hazards of Cr (H) , chromium plating wastewater treatment simulation through electrolysis . First single factor experiment to observe the removal rate of Cr ( H) under dif

4、ferent conditions , and optimize the parameters by orthogonal experiment . The experimental results show that : the processing time of 1.25h, adding potassium sulfate 0.8 g the electrolysis voltage to 15v , the solution temperature is 50C , the concentration ofCr ( VI ) of the processing to less tha

5、n 0.5 mg / l , up to the national emission standards ( W 0.2 mg / l ).Keywords: Wastewater containing Cr(H);Electrolysis;Orthogonal test1 前言銘及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，冶煉、電鍍、制革、顏料等行業(yè)會 產(chǎn)生大量含銘廢水。Cr(丑)毒性很大，對機體有致毒和致癌作用，處理含銘廢水 和回收金屬銘一直是環(huán)保研究的重要內(nèi)容之一銘鹽的生產(chǎn)及其產(chǎn)品應(yīng)用的各 個環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生含Cr (VI)廢水。由Br (VI)具有致癌性、致突變性、對動 植物及人體具有很強的毒性，

6、被列為國際公認(rèn)的3種致癌金屬物之一，同時也是 美國EPA公認(rèn)的129種重點污染物之一。目前還沒有明確的體內(nèi)實驗表明三價 銘具有致癌性和誘發(fā)基因突變的作用。但是在體外高濃度三價銘存在的條件下， 三價銘的化合物也能誘導(dǎo)產(chǎn)生游離基，與DNA發(fā)生作用。電鍍會產(chǎn)生大量的廢水，鍍銘是電鍍中常用的方法。電鍍廢水成分復(fù)雜，含 有多種金屬離子和有機溶劑，伴有強酸或強堿，污染嚴(yán)重，同時廢水又具有回收 價值。1.1電鍍廢水的危害電鍍的種類繁多，溶液的成分可分為含重金屬離子廢水、酸堿廢水及含油脂 類廢水等，但廢水的成份常常是同時含有多種污染物。其中有毒有害的物質(zhì)有鎘、 銘、鎳、鉛、氤化物、氟化物、銅、鋅、錳、堿、酸、

7、石油類物質(zhì)、含氮化合物、 表面活性劑及磷酸鹽(以P計)等。廢水進入水體，會危及水生動植物生長，影響水產(chǎn)養(yǎng)殖，造理成大幅度減產(chǎn) 甚至魚蝦絕跡；或是破壞農(nóng)田土壤，毀壞莊稼，并通過食物鏈危害人類健康；或 是進入飲用水源，在人體內(nèi)富集，輕者引起慢性中毒，重者導(dǎo)致死亡。其中鎘、 銘、鉛、鎳是國家規(guī)定的一類有害物質(zhì)，其最高允許排放濃度分別為0.1mg/L、 0.5mg / L、1.0mg / L、1.0mg / L，并嚴(yán)格控制在車間或車間處理設(shè)施排放口取樣。 含銅、鋅、氟廢水是國家規(guī)定的二類有害物質(zhì)，對其取樣測定可在單位廢水排放 口。氤化物是劇毒物質(zhì)，最高允許排放濃度為0.5mg/L。其中某些物質(zhì)如氨氮、

8、 磷酸鹽等雖然不是毒物，但它們進入水體可使水體富營養(yǎng)化，造成水質(zhì)污染。1.2鉻對人體的作用銘是人體內(nèi)必需的微量元素之一，它在維持人體健康方面起關(guān)鍵作用。銘對 人體十分有利的微量元素，不應(yīng)該被忽視，它是正常生長發(fā)育和調(diào)節(jié)血糖的重要 元素。銘在人體內(nèi)的含量約為7毫克，主要分布于骨骼、皮膚、腎上腺、大腦和 肌肉之中。銘是唯一隨著年齡增長而降低的元素，無機銘的生物活性作用很小， 而且難以吸收，銘與有機物質(zhì)結(jié)合后，才具有較大的生物學(xué)活性。銘是人體必須的微量元素之一，具有調(diào)節(jié)人體內(nèi)糖和膽固醇的代謝作用。銘 含量太少時，會引起人體血管內(nèi)壁脂肪的沉積，使本來具有彈性的正常血管逐 漸硬化。所以，這是導(dǎo)致動脈硬化

9、的一個重要因素。銘在胰島素代謝中起著重要 作用，糖尿病的發(fā)生率與銘含量下降有關(guān)系。在生產(chǎn)環(huán)境中，六價銘對人主要是 慢性危害（6）（7）。銘的毒性與其存在的狀態(tài)有極大的關(guān)系，對人體，通常認(rèn)為六價銘的毒性比 三價銘高100倍。因為六價銘更易被人體吸收而且在人體蓄積，即使是六價銘， 不同的化合物其毒性也不同。（7）六價銘具有強烈的毒性，是已確認(rèn)的致癌物之 一。由于銘的累積性和生物鏈濃縮的特點，使散布在大氣、水體和土壤中的銘以 離子狀態(tài)隨水循環(huán)，被動植物吸收向生物體轉(zhuǎn)移，并積存到生物體內(nèi)。農(nóng)作物從 被污染的水中和土壤中吸取大量的銘，如用含銘廢水灌溉的土地和河水灌溉相 比，作物的含銘量胡蘿卜高10倍，白

10、菜高4倍。水生生物對銘的富集倍數(shù)更高， 各類無脊椎動物29000倍，海藻60120000倍，魚為2000倍（均指對水體 中含銘而言）。1.3含鉻電鍍廢水的處理發(fā)展和現(xiàn)狀電鍍、石化、制藥是當(dāng)今全球三大污染工業(yè)。就我國電鍍廢水而言，全國電 鍍廠、點約有一萬家，每年排放出的廢水達40億m3。含Cr（H）廢水是電鍍行 業(yè)的主要廢水來源之一。在60年代，國內(nèi)電鍍廠用硫酸亞鐵一一石灰法，BaCrO4沉淀法，鐵氧體法 及銘黃法等處理鍍銘廢水，但都有其難以克服的缺點，放棄使用。在70年代初 期，有人使用了活性炭吸附、電解還原，活性炭吸附法或以活性洗滌劑脫附等方 法處理含銘廢水。還有在槽邊電解回收法，雖有回收意

11、義，但實效不大而且耗電 量大，也不理想。1973年，我國第一次環(huán)境保護工作會議召開，制訂并頒布了試行的工業(yè)廢 水排放標(biāo)準(zhǔn)，讓含銘廢水的處理技術(shù)有了認(rèn)真研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用。當(dāng)時借鑒 國外的處理技術(shù)，同時又有60年代的經(jīng)驗，在處理上有了一些技術(shù)，尤其著重 研究既能回收化工原料又能使水循環(huán)利用的閉路循環(huán)治理技術(shù)。1974年，離子 交換樹脂處理鍍銘廢水方法研究成功，1976年后在工業(yè)上大量推廣應(yīng)用。70年 代末期研究成功鈦質(zhì)薄膜蒸發(fā)器，用以濃縮回收鍍銘等電鍍廢液。80年代初， 又發(fā)展了形形式式的逆流漂洗技術(shù)。但是其經(jīng)濟性不合理，回收和處理費用支出 不合理。當(dāng)然，離子交換法的治理作用是不能完全否定的，

12、在回收富集貴金屬廢 水方面，它仍然是最經(jīng)濟的方法。（10）現(xiàn)在對于含Cr （丑）電鍍廢水的處理主要 采用化學(xué)還原法、電解法、吸附法、微生物法、萃取法等。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB219002008）電鍍行業(yè)污染物排 放標(biāo)準(zhǔn)中電鍍廢水中六價銘的總排放出口含量W0.2mg/l，標(biāo)準(zhǔn)測定方式是二 苯碳酰二肼分光光度法（GB7467）。1.4實驗原理通過電解的方法處理含銘廢水，本實驗是通過模擬實驗，其中廢水是由 K2Cr2O7配制。一般電鍍廢水中含六價銘濃度在200mg/L以下，廢水的pH值低雖 對電解有利，但對氫氧化物的沉淀不利。含銘廢水的PH值為26（11），電解后為 68.電解法處理含銘廢

13、水一般不需調(diào)整廢水的pH值。實驗配制的Cr （丑）濃度為80mg/l，ph=3.27的溶液，加入K2SO4，在通以直 流電，陽極為鐵絲，陰極為石墨電解，其反應(yīng)原理：陰極反應(yīng)：Cr2072- +14H+ +6e- 2Cr3+7H202H +十2e- H2 t陽極反應(yīng)：4OH 一- 02 t +2H20+4e電解后，ph值上升，F(xiàn)e3+,Cr3+形成沉淀，溶液為黃褐色以及黑色是。靜置一 段時間，溶液分層，下層為Fe（OH）3，Cr（OH）3 .沉淀為黃褐色或黑色，上層為黃色 或無色溶液。實驗通過分光光度計測定Cr6+的吸光度，原理為：在酸性溶液中，六價銘離 子與二苯碳酰二肼反應(yīng)，生成紫紅色絡(luò)合物。

14、NH8H0=C二苯破酰二脂心0=C二苯破酰二脂苯胴輕基偶氮苯-N=NClHj苯胴輕基偶氮苯通過光譜掃描如圖1-1,在波長為540nm最大吸收，吸光度與濃度的關(guān)系符合 比爾定律。圖1-1光譜掃描1.5本論文研究的意義本實驗主要是從電解處理含銘的電鍍廢水的工藝條件出發(fā)，電解法是一種比 較成熟的電鍍廢水處理技術(shù)，具有去除率高、無二次污染、能回收利用所沉淀重 金屬的優(yōu)點。電解法耗電較多，鐵極板消耗量也很大。但該法缺點是不適用于處 理含較低濃度的金屬廢水，并且電耗大、成本高。通過電解模擬含銘理溶液，研 究電解時間，電壓，溫度，和導(dǎo)電能力對電解的影響，減少耗電，加快電解速度 和電解效率。在單因素實驗，先分

15、析在單因素條件下，溶液中 （丑）的去除率與其的關(guān) 系，為正交實驗做參考，選取參數(shù)。在工藝研究中，選取參數(shù)，通過正交實驗， 選擇最優(yōu)條件。通過正交實驗得到結(jié)果，為處理含格的電解廢水提供參考。2實驗過程2.1藥品與儀器表2-1實驗藥品廠家試劑廠家度重銘酸鉀AR二苯碳酰二肼AR濃硫酸AR丙酮硫酸鉀AR表2-2實驗儀器儀器型號廠家分析天平分光光度計電動攪拌器Ph計本實驗用水均為蒸餾水。2.2溶液配制1、用電子天平取5.6577g的重銘酸鉀配制500ml Cr6+離子濃度為4g/l溶液 于500ml容量瓶中，再用移液管取10ml溶液于500ml容量瓶中，加入水至刻度 線，即為Cr6+離子濃度為80mg/

16、l。2、銘標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：稱取0.2830g在110C經(jīng)2h干燥過的分析純重銘酸鉀 溶于蒸餾水中，稀釋至1000ml。此液1.0ml=0.1mgCr6+。3、銘標(biāo)準(zhǔn)使用溶液：A液：取10ml儲備溶液，用蒸餾水稀釋至100ml。此 液 1.0ml=0.01mgCr6+。B液：取10ml A溶液，用蒸餾水稀釋至100ml即1.0ml=0.001mgCr6+。臨 用時配制。4、二苯偕肼溶液：稱取0.2g二苯偕肼，加入50mL丙酮中，加水稀釋至 100mL，搖勻，貯于棕色瓶中，置于冰箱中保存。顏色變深后不能再用。5、(1+1)硫酸：將硫酸(P=1.84g/ml)緩緩加入到同體積的水中，混勻。6、(1+1

17、)磷酸：將磷酸(P=1.69g/ml)與水等體積混合。2.3實驗內(nèi)容2.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：取9支50mL比色管，依次加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、 4.00、6.00、8.00和10.00mL銘標(biāo)準(zhǔn)使用液，用水稀釋至標(biāo)線，加入（1+1）硫 酸溶液0.5ml和（1+1）磷酸溶液0.5ml，搖勻。加入2ml二苯偕肼溶液，搖勻。 510min后，于540nm波長處，用10或30mm的比色皿，以水作參比，測定吸 光度。在減去空白溶液的吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)六價銘含量為橫坐標(biāo) 繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.3.2單因素試驗1、取400ml 80ml/l Cr6+離子于燒杯中

18、，調(diào)節(jié)ph值為3.270.2。放在水浴槽 中，水溫25C，插入電極，攪拌器，接通電路。通入電壓為9v的電流。加入0.4g 硫酸鉀。2、按照處理時間 0.5h，0.75h，1h，1.25h，1.5h，1.75h，2h 做一系列實驗。3、時間到后，關(guān)掉電源，移除設(shè)備，把溶液靜置一段時間，待完全沉淀后， 取適量上清液于50mL比色管中，用水稀釋至標(biāo)線，測定方法同標(biāo)準(zhǔn)溶液。進行 空白校正后根據(jù)所測吸光度從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得Cr6+的含量，并記錄實驗數(shù)據(jù)。4、取400ml 80ml/l Cr6+離子于燒杯中，調(diào)節(jié)ph值為3.270.2。放在水浴槽 中，插入電極，攪拌器，接通電路。通入電壓為9v的電流。處理時

19、間為1h。加 入0.4g硫酸鉀。5、調(diào)整水浴槽水溫，從 10C，20C，30C，40C，50C，60C，70C做一 系列實驗。實驗結(jié)束后，重復(fù)第三步。記錄數(shù)據(jù)。6、取400ml 80ml/l Cr6+離子于燒杯中，調(diào)節(jié)ph值為3.270.2。放在水浴槽 中，水溫25C，插入電極，攪拌器，接通電路。通入電流。處理時間為1h。加 入0.4g硫酸鉀。7、調(diào)整通入電極電壓，從3v，6v，9v，12v，15v，18v，21v做一系列實驗。 實驗結(jié)束后，重復(fù)第三步。記錄數(shù)據(jù)。8、取400ml 80ml/l Cr6+離子于燒杯中，調(diào)節(jié)ph值為3.270.2。放在水浴槽 中，水溫25C，插入電極，攪拌器，接通

20、電路。通入電壓為9v的電流。處理時 間為1兀加入硫酸鉀。9、調(diào)整加入的硫酸鉀的量，從0.2g，0.4g，0.6g，0.8g，1g做一系列實驗。實驗結(jié)束后，重復(fù)第三步。記錄數(shù)據(jù)。10、畫出四條曲線，每條曲線選三點，做為正交實驗數(shù)據(jù)。2.3.3正交試驗根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設(shè)計正交實驗方案：參照四因素三水平正交表L934分別選取三個水平。正交試驗因素水平表如下表所示。水平因素溫度/cA硫酸鉀的量/gB電壓/vC處理時間/hD水平1300.4120.75水平2400.6151水平3500.891.251、按實驗1號，取400ml 80ml/l Cr6+離子于燒杯中，調(diào)節(jié)ph值為3.270.2。 放在水

21、浴槽中，水溫30 ，插入電極，攪拌器，接通電路。通入電壓為12v的 電流。處理時間為0.75h，加入0.4g硫酸鉀。開始實驗2、時間到后，關(guān)掉電源，移除設(shè)備，把溶液靜置一段時間，待完全沉淀后， 取適量上清液于50mL比色管中，用水稀釋至標(biāo)線，測定方法同2.3.1。進行空 白校正后根據(jù)所測吸光度從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得Cr6的含量，并記錄實驗數(shù)據(jù)。3、重復(fù)實驗步驟，記錄數(shù)據(jù)。3結(jié)果與分析3.1繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線根據(jù)溶液配制畫出兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線（B液曲線為在A液曲線的基礎(chǔ)上進一步細 化10倍）：A液123456789Cr6濃度 ug/ml00.040.10.20.40.81.21.62吸光度00.0220.0540

22、.1070.220.420.60.7690.918B液123456789Cr6濃度ug/ml00.0040.010.020.040.080.120.160.2吸光度00.0010.0040.0070.0220.0470.0720.0890.107圖3-1標(biāo)準(zhǔn)曲線Cr(VI)濃度 ugfBl圖3-2標(biāo)準(zhǔn)曲線y = 0. 5591/-0. 000612R* = 0. 99480. 1 -,0. 08 -0.06 -%. 04 -0. 02 -0111110. 0000. 0500. 1000.1500. 2000. 250Cr CVI 腿ugAl3.2單因素數(shù)據(jù)分析3.2.1處理時間與去除率的關(guān)系

23、時間/h0.50.7511.251.51.752殘留濃度63.9643.1834.4412.3010.713.370.53mg/l去除率20.0546.0356.9584.6386.6295.7899.34在電解的過程中電解的濃度隨時間的延長，電解濃度降低，當(dāng)時間在2h 時，濃度在0.5mg/l，達到2008年前的六價格的最低排放濃度。圖3-3為在不 同處理時間下的去除率。圖3-3100.0090. 0080. 00(70. 00r 60. 00t 50. 00i 40. 00i 30. 0020. 0010. 000. 000. 25 0. 5 0. 7511. 25 1.5 1. 7522

24、.25處理時間血由圖可知，六價格的去除率隨時間的延長而增大。電解在0.5h到1.25h內(nèi)，處理速率快，電解效率高，基本上呈線性增長。在1.25h到2h內(nèi)，電解速度減緩，處理速率減慢。在正交實驗參數(shù)選取中，選取在0.75h到1.25h做為實驗參數(shù)。3.2.2溶液溫度與去除率的關(guān)系溫度。C10203040506070殘留濃度mg/l34.6633.0724.6720.4713.099.251.19去除率56.6758.6669.1674.4183.6488.4398.51溫度對電解的影響實驗，主要是研究方向是溶液在不同溫度下對電解的影響。如圖3-4.圖3-4溫度/r由圖可知，溶液溫度對電解格的影響

25、呈線性關(guān)系，隨著溫度的上升，六價 格的去除率隨著上升。溫度在實驗中70C，去除率達到98.51%，距離99.75%最 低去除率只差1.25%。在正交實驗參數(shù)選取30C，40C，50C。選取理由是對溶 液加熱，消耗熱量，提高成本，溫度越高，成本越大。所以選在這個溫度段，增 加電解效率，對熱量消耗不大。3.2.3電解電壓與去除率的關(guān)系電壓/v36912151821殘留濃度 mg/l69.7353.6234.4424.335.271.760.32去除率12.8432.9756.9569.5993.4197.8099.60電壓是電解格的動力，為電解提供電荷。研究電壓的影響，主要是控制電壓，減少能源的消

26、耗，減少成本。如圖3-5電壓/圖3-5電壓/100.90.80.20.10.由圖可知fe：20.10.由圖可知在電壓3v到15v，基本少呈線性上升的趨勢，然后在15v到21v之間，基本上趨于平衡。由此可知，電壓對其的影響是有極限的。電解并非只有六價銘被電解，其中水也被電解成氫氣，在實驗中，超出電解極限，主要被電解 的是水，能源被浪費。在實驗中電解極限與被電解的時間密切相關(guān)，時間越長， 相同條件，不同電壓下電解，極限電壓越低。在正交試驗參數(shù)選擇，綜合處理時 間的選擇，選取9v，12v，15v。3.2.4加入硫酸鉀的的量與去除率的關(guān)系硫酸鉀量0.20.40.60.81殘留濃度mg/l52.2634

27、.4414.913.750.06去除率34.6756.9581.3795.3199.93在以加入硫酸鉀的量做為實驗因素，主要是模擬在廢水中的其他離子的量影 響導(dǎo)電能力對電解格的影響。其中加硫酸鉀主要是因為硫酸根帶兩個電荷，電解 不發(fā)生反應(yīng)。如圖3-6圖3-6OOOOOOOOOOO 0076543211 OOOOOOOOOOO 0076543211 OS硫酸鉀的量去除率由圖可知，硫酸鉀的量與六價格的去除率基本上呈線性，隨硫酸鉀的量的增 大，去除率上升。加入硫酸鉀增加導(dǎo)電能力，是電解效率上升，但有極限。如圖 3-6，當(dāng)硫酸鉀量加到1g，去除率達到99.93%，已經(jīng)超出了 99.75%，所以這極 限

28、與六價格的濃度相關(guān)。在正交實驗參數(shù)選取，取0.4g，0.6g，0.8g硫酸鉀加 入。3.3正交試驗結(jié)果正交實驗從當(dāng)因素實驗中選取參數(shù)，排序，通過9個實驗得到六價格的去除 率，在通過求每個參數(shù)的K值來求取每個單因素的極差R，通過對R的大小排序， 得知四個因素的影響大小，并的到工藝最優(yōu)條件。實驗號影響因素Cr6+去除率/%ABCD1300.4120.752.272300.615199.693300.891.2599.934400.4151.2599.575400.690.7573.996400.812199.697500.49185.628500.6121.2599.349500.8150.7599.81K1252237251226K2273273299285K3285299260299K1平均值83.9679.1683.7775.36K2平均值91.0891.0099.6995.00K3平均值94.9299.8186.5199.61極差R10.9620.6515.9324.26對正交實驗結(jié)果的極差R對比分析，大小順序為：DBCA，即四個因素對Cr(V1)去除率影響程度大小順序為：處理時間硫酸鉀的加入量 電解電壓溫 度。實驗表明，處理時間和導(dǎo)電能力是影響電解效果的兩個最主要的因素。隨著 處理時間的延長，導(dǎo)電能力的增