以電絮凝法在含鉻電鍍廢水處理中的應(yīng)用為研究對象,首先簡單闡述了含鉻廢水的產(chǎn)生與危害,隨后通過實驗對電絮凝法在含鉻電鍍廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析,并在其應(yīng)用中以活性炭纖維吸附法作為輔助,從而達(dá)到了更好的鉻離子去除效果。當(dāng)前我國皮革、染色、電鍍等工業(yè)迅猛發(fā)展,推進(jìn)我國整體工業(yè)進(jìn)程發(fā)展的同時也帶來了重金屬含鉻廢水對環(huán)境的嚴(yán)重污染。因此有必要對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,對我國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,還有在實現(xiàn)某些特殊用途的鋼材生產(chǎn)過程中都會產(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,其中無毒的 Cr 是零價鉻與二價鉻,Cr( Ⅲ ) 的毒性并不高,但 Cr( Ⅵ ) 毒性較高,約為 Cr( Ⅲ ) 的一百倍,會對人體造成非常大的危害,具有強烈的致癌作用,因此需要對含鉻廢水進(jìn)行處理,消除對人身體的不良影響。
2 實驗
2.1 實驗儀器及實驗試劑選擇
主要的實驗儀器有:722 型可見分光光度計,DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,PHS-2F 型酸度計。該實驗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:45 mm×55 mm×3 mm。
2.2 實驗方法
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 1000 mL 的普通燒杯中,該燒杯即為電解槽。將鋁片作為陰陽兩級,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 1 g 氯化鈉,并用 NaOH 調(diào)節(jié)試樣的 pH 值。隨后完成接線并將電源接通,為避免電解液出現(xiàn)濃差極化的現(xiàn)象,可以對電壓、電流進(jìn)行調(diào)整,并利用磁力攪拌器對其進(jìn)行攪拌處理。接著計時開始,并定時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 2 mL。并用紫外分光光度計來對 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+ 的質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測,并計算 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+ 的去除率。檢測標(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。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 13 mg/L,Ni2+ 的濃度為 400 至 600 mg/L,Cu2+ 的濃度為 350至 450 mg/L。
取 2.0 g 活性炭纖維放置在規(guī)格為 250 mm×130 mm×150mm 的自制容器中,該容器的有效容積為 4 L,厚度為 5 mm。
在正常室溫下,電鍍廢水自下而上緩緩流過活性炭纖維,流速為 3 mL/min,當(dāng)纖維被完全穿透說明活性炭纖維已經(jīng)充分吸附并達(dá)到了飽和狀態(tài)。最后來檢測活性炭纖維對電鍍廢水中Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+ 的去除率。
3 實驗結(jié)果與討論
3.1 電流密度對金屬離子去除率的影響分析
利用電絮凝法來對含鉻廢水進(jìn)行相應(yīng)處理,pH 值為 8.0,微堿性。處理時間控制在 30 min,當(dāng)電極板的間距在 2 cm 時,不同電流密度對 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, k J 在 1 ~ 5A/d㎡時,Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+ 的去除率也在增加,Ni2+、Cu2+的去除率在 5 A/dm2 達(dá)到了最大,當(dāng)電流密度繼續(xù)增加時,Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+ 的去除率開始下降(其中 Cr( Ⅵ ) 的去除率在 5.6 左右才開始下降),主要原因為電流的密度在增加時,對氧極的氧化還原反應(yīng)造成了很大影響,起初會增加電化學(xué)反應(yīng)速率,但同時也加速了電極的鈍化,當(dāng) k J 超過了 5 A/d㎡ 時,此時的電極鈍化已經(jīng)非常嚴(yán)重,其中陽極因產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而生成的氧化鋁復(fù)合物會覆蓋在陽極的表面,而在陰極區(qū)會因為電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致 pH 值逐漸升高,而廢水中的 Ca2+ 與 Mg2+ 會與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,從而使得產(chǎn)生的氣泡對絮凝體的沖撞也越來越強烈,當(dāng)一些大的氣泡出現(xiàn)破裂時,產(chǎn)生的力量也會對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?;诖?,電流的密度控制在 5 A/dm2 為最佳。
3.2 處理時間對金屬離子去除率的影響分析
實驗條件如下:電流密度為 5 A/d㎡,電絮凝設(shè)備極板間距為 2 cm,pH 值為 8.0,微堿性。并將電絮凝處理時間設(shè)置為10 min 至 60 min,檢測時間間隔為 10 min 一次,通過進(jìn)水流量的方法對檢測時間間隔進(jìn)行準(zhǔn)確控制。不同處理時間對 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(5 A/d㎡)、處理時間在 10 min 至 25 min 時,設(shè)備對 Cu2+、Cr( Ⅵ ) 與 Ni2+非常明顯,呈快速上升的狀態(tài),并于 30 min 各自達(dá)到了頂峰,但當(dāng)處理時間超過 30 min,三種離子的絮凝去除率逐漸下降,且隨著處理
在含鉻電鍍廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析,并在其應(yīng)用中以活性炭纖維吸附法作為輔助,從而達(dá)到了更好的鉻離子去除效果。,三種離子的去除率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài),并沒有較為明顯的起伏變化。主要原因為在電絮凝法的處理下,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)處理時間的持續(xù)增加,已經(jīng)不能夠再對去除率造成明顯影響。此外,通過上文的敘述我們得知,隨著時間的推移,電化學(xué)反應(yīng)會使陰陽兩極開始鈍化,即在陰陽兩極處會各自發(fā)生副反應(yīng),生成的難溶性物質(zhì)會覆蓋在鋁電極的表面,并最終形成一種保護膜,對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,整體氧化效果變?nèi)?,因此此時再延長反應(yīng)時間,對各項例子的去除已經(jīng)不具備多少實際的意義,只會造成電能的無謂消耗,增加整體電絮凝法處理工藝的運行成本?;诖耍趹?yīng)用電絮凝法對含鉻電鍍水進(jìn)行處理時,處理時間控制在 30 min 為最佳。
綜上所述,在對含鉻電鍍廢水進(jìn)行處理時應(yīng)用電絮凝法與活性炭纖維吸附法進(jìn)行有機結(jié)合,即使對較為復(fù)雜的含鉻廢水,依然能夠起到良好的處理效果。根據(jù)最終的時間結(jié)果,我們可以看到當(dāng)處理時間為 30 min、電流密度維持在 5 A/dm2 時,可以達(dá)到最佳的處理效果,此時的金屬離子去除率最高。運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。
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