鐵碳微電解法處理含鉻廢水的研究

鐵碳微電解法處理含鉻廢水的研究

目前，我國對(duì)含cr（vi）等重金屬污染的處理方法主要包括化學(xué)法、離子交換法、電解法、吸附法、膜分離法和生物法。這些方法各有利弊,適用條件也不盡相同。鐵碳微電解法是一種經(jīng)典的廢水處理方法,對(duì)廢水水質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng),反應(yīng)時(shí)間短,去除Cr(VI)和重金屬配位離子的效果好。鐵碳微電解一般采用鑄鐵屑和活性炭(或焦炭),材料浸于廢水中時(shí)便發(fā)生內(nèi)部和外部?jī)煞矫娴碾娊夥磻?yīng)。所以微電解處理廢水實(shí)際上是內(nèi)部和外部雙重電解的過程。目前,筆者公司在寧波地區(qū)處理電鍍廢水(特別是含鉻廢水)時(shí),運(yùn)行成本較高、出水色度較大、生化指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)、電導(dǎo)率過高、回用水難以穩(wěn)定運(yùn)行,使筆者公司在電鍍廢水處理技術(shù)方面失去了優(yōu)勢(shì)。為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,需要對(duì)原有的電鍍廢水處理技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和改造,因此,在寧波地區(qū)進(jìn)行鐵碳微電解處理含鉻廢水的實(shí)驗(yàn)研究。本文以杭聯(lián)某電鍍廠的電鍍含鉻廢水為原水,采用自制鐵碳微電解裝置,研究了鐵碳微電解工藝對(duì)廢水中Cr(VI)、Cu2+、Ni2+的去除效果,比較了鐵碳微電解和常規(guī)焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水的成本。1實(shí)驗(yàn)1.1鐵屑與鐵屑的復(fù)合膠結(jié)鐵屑選用含碳量高的廢鑄鐵屑,使用前先對(duì)鐵屑進(jìn)行預(yù)處理,依次用3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH溶液、3%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸去除鐵屑表面油污和氧化物后,水洗至中性。采用粒度為8~10目的活性炭顆粒,與鐵屑按體積比1∶2混合均勻后,填裝進(jìn)鐵碳柱中。鐵碳柱采用直徑為300mm的UPVC管,以鵝卵石為墊層,鐵碳層高度為0.5~1.0m,采用下進(jìn)上出的水流方式,通過閥門控制進(jìn)水流量。具體裝置見圖1。1.2廢水水質(zhì)試驗(yàn)原水為杭聯(lián)某電鍍廠的電鍍含鉻廢水,水質(zhì)有所波動(dòng),具體組成見表1。1.3cu2+和ni2+含量測(cè)定采用二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定Cr(VI)含量;采用二乙氨基二硫代甲酸鈉萃取光度法測(cè)定Cu2+含量;采用丁二酮肟光度法測(cè)定Ni2+含量;采用鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定總鐵含量。2結(jié)果與討論2.1鐵碳微電解處理的效果鐵碳微電解法對(duì)Cr(VI)去除效果的影響如圖2所示。圖中是裝置連續(xù)運(yùn)行35d的檢測(cè)結(jié)果,取樣時(shí)間為每天的14∶00(圖中第3和第4天未測(cè)進(jìn)水六價(jià)鉻含量)。從圖2知,鐵碳微電解對(duì)Cr(VI)的去除效果較為理想,經(jīng)鐵碳微電解處理后,含鉻廢水的Cr(VI)去除率高達(dá)99.98%,出水Cr(VI)含量小于0.1mg/L,低于GB21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的Cr(VI)排放限值(0.2mg/L)。圖中15d、16d時(shí)出水鉻含量突然升高,是因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中,前一天進(jìn)水管閥門未關(guān)閉,廢水回流使鐵碳柱內(nèi)無水,鐵碳未浸沒在廢水中,引起部分短路,造成出水中鉻含量升高,經(jīng)處理后,系統(tǒng)得以恢復(fù)。從圖2還可看出,進(jìn)水pH對(duì)六價(jià)鉻的去除率無多大影響。2.2銅的去除鎳和銅的置換反應(yīng)圖3為鐵碳微電解處理對(duì)含鉻廢水中Cu2+、Ni2+的去除效果。從圖3可知,鐵碳微電解在處理前期對(duì)銅的去除效果明顯,有時(shí)出水可直接達(dá)標(biāo),但12d以后,銅的去除率降至10%~50%,鎳的去除率更低,還不到30%。這是因?yàn)殂~的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)比鎳正,所以Cu2+與Fe進(jìn)行置換反應(yīng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)總大于Ni2+與Fe進(jìn)行置換反應(yīng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì),前者對(duì)應(yīng)的吉布斯函數(shù)比后者小;根據(jù)熱力學(xué)定律,溶液中總是優(yōu)先進(jìn)行Cu2+的置換反應(yīng)。隨Cu2+置換反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中Cu2+逐漸減少,Ni2+的置換反應(yīng)才開始。從圖3還可看出,Ni2+的置換率是隨銅離子含量改變而波動(dòng)。2.3裝置運(yùn)行運(yùn)行情況與常規(guī)焦亞硫酸鈉工藝相比,由于鐵離子的存在,鐵碳微電解會(huì)導(dǎo)致污泥產(chǎn)量增加,嚴(yán)重影響污泥資源化和運(yùn)行成本。圖4為裝置在運(yùn)行過程中,進(jìn)出水總鐵量的變化情況。從圖4可知,采用鐵碳微電解工藝處理含鉻廢水時(shí),雖然對(duì)鉻的去除效果較為理想,但處理后水中的鐵含量增加,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB21900–2008的總鐵排放限值(≤3mg/L)。后續(xù)處理中,可通過調(diào)節(jié)pH來沉降廢水中的鐵離子和其他離子,以保證出水達(dá)標(biāo)排放。2.4種工藝處理廢水的成本一個(gè)工藝的好壞,不僅要看處理效果,而且要考慮經(jīng)濟(jì)效益。焦亞硫酸鈉是一種典型的Cr(VI)還原劑,為進(jìn)一步說明鐵碳微電解在處理含鉻廢水上的優(yōu)越性,在進(jìn)水pH為1.8~2.5、Cr(VI)為200~300mg/L的條件下,比較了分別采用鐵碳微電解和焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水時(shí)的成本。因?yàn)槭切≡囋囼?yàn),含鉻廢水僅占電鍍廢水的一小部分,且人工等變動(dòng)和反應(yīng)裝置等成本變化不大,所以藥劑成本可近似代表處理成本,2種工藝處理廢水的成本如圖5所示。從圖5可知,焦亞硫酸鈉工藝處理含鉻廢水的成本為1.5~2.0元/t,鐵碳微電解的處理成本僅0.1~0.5元/t。與焦亞硫酸鈉工藝相比,鐵碳微電解法處理的成本可降低75%以上,說明采用鐵碳微電解處理含鉻廢水具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。3鐵碳微電解+vi的去除重金屬廢水中的cu2+、ni2+(1)采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水時(shí),出水Cr(VI)含量低于0.1mg/L,去除率高達(dá)99.98%,說明鐵碳微電解法對(duì)Cr(VI)的去除效果較為理想。(2)鐵碳微電解對(duì)電鍍廢水中Cu2+、Ni2+的去除不理想,銅的去除率僅為10%~50%,