电化学法在工业含铬废水处理中的应用

2016-11-21张玉翠

资源节约与环保 2016年2期

关键词：含铬还原法铁屑

张玉翠

（江苏诚智工程设计咨询有限公司江苏徐州221018）

电化学法在工业含铬废水处理中的应用

张玉翠

（江苏诚智工程设计咨询有限公司江苏徐州221018）

本文首先简要介绍了当前各种含铬废水处理工艺的优缺点，重点论述了以电化学法处理含铬废水的工艺原理、特点和工艺内容，并结合腐蚀电池法和直接电解还原法为例，论述电化学法在工业含铬废水处理的现实应用。

铬废水；电化学；腐蚀电池法

1概述

随着我国经济的快速发展，工业、农业、第三产业等各个领域都取得了显著成就。随着新型工业化、城镇化战略的实施，冶金、电镀、油漆、制药、皮革等产业蓬勃发展，铬及其化合物在上述领域得到了广泛的应用，推动行业的飞速发展。由此，产生的铬废渣也呈现出逐年上升态势，目前，每年由工业生产过程中所产生的铬废渣大约在20×104t~30×104t左右，这些铬废渣如果未经处理或处理不当会对周边的环境产生较为严重的影响，铬渣中的铬酸钙、可溶性铬酸钠等等都具有一定的度毒害性，一些中小型企业为了降低成本，常常将未经处理或简单处理后的铬废渣随意丢弃，导致周边的土壤和水体环境受到破坏。其中毒性较大的六价铬通过农作物或水产养殖进入到食物链中，对人体以及动植物的危害将是深远和巨大的，因此，随着工业经济的发展，铬污染治理也成为了当前重要的工业污染治理项目内容之一。近年来，在铬废水治理方面研究取得了丰硕成果，一些先进的铬废水处理技术被研制出来，并应用到现实中。其中，铬废水处理技术主要包括铁氧化法、电解法、吸附法以及化学还原沉淀法等等，这些不同的方法应用原理差异较大，都有其技术优点和不足见表1。

表1含铬废水主要处理工艺优缺点比较

2电化学法处理含铬废水分析

电化学法处理铬废水在实践中得到了广泛应用，该工艺原理是通过在特定的电化学容器内，设计相应的电极，并通过电极产生一系列的化学、电化学以及物理反应过程，实现对含铬废水中的污染物降解转化效果。

2.1工艺原理

电解法处理含铬废水，一般会采用铁板作为阳极、阴极上的还原氧化反应，通电后，在直流电的作用下，铁阳极便会对含铬污水进行溶解，在溶解过程中产生出亚铁离子，亚铁离子在酸性条件下会把Cr6+还原成Cr3+，Cr3+的毒性相对较低。随着电极反应的持续进行，其中的氢离子浓度会逐渐降低，不断提升pH值，将溶液中的酸性转变成碱性，这时，Cr3+就会逐渐生成为氢氧化物，进行适当沉淀之后，进行固液分离，达到去除效果。此外，铁阳极溶剂所产生的亚铁离子还能够发挥良好的还原功能，吸附其中的氢氧化铬，提升了固液分离效率，对于含铬废水的去铬效果明显。电解法的反应过程如下

阳极反应：

阴极反应：

此外，还有一些少量的六价铬在阴极上直接还原：

2.2工艺特点

电化学法处理铬废水具有显著特点，主要表现在，设备简单，占用空间较小，后期操作过程较为简便，也便于控制，主要的运行成本和后期维护费用也较低，能够做到自动化处理的预期效果。目前，含铬废水的领域较多，电化学法的应用范围较广，在工业生产污水、饮用水处理等方面，选用电化学法不需要添加相应的化学辅助试剂，污泥量产生较少，不会产生二次污染。此外，选择电化学法处理含铬废水，具有较强的可选择性，后期的回收再利用效果良好，传统的沉淀法去铬往往容易产生反弹，电化学法去除含铬废水具有较好的彻底性，能够有效防止出现反弹，基本上是一种对环境无污染的“绿色”水处理技术；此外，电化学法还可以与其他多种方法结合，吸收各种方法的优点，使含铬废水处理方法得到进一步优化。

2.3主要工艺

目前，使用电化学法处理含铬废水工艺主要包括腐蚀电池法和直接电解还原法。

2.3.1腐蚀电池法

电化学腐蚀法处理含铬废水是基于电化学中的腐蚀原理，去除废水中的铬离子，实现废水去铬效果。腐蚀电池法根据其原理不同，分为不同的工艺类型，目前采取的吸附混凝原理和微电池腐蚀原理去铬的工艺类型主要有：焦炭—铁屑法、瓦斯灰—铁屑法。腐蚀电池法具有使用周期长、成本低、易操作管理、处理效果好等优势。此外，腐蚀电池法处理含铬废水使用到的铁屑，主要来自切削工业垃圾，因此焦炭—铁屑法和瓦斯灰—铁屑法具有“以废治废”的意义。

图1焦炭—铁屑法处理含铬废水工艺流程

2.3.2直接电解还原法

郭小华等采用铁屑内电解法处理含铬电镀废水，在微电解反应器中添加焦炭和铁销，当二者浸没在酸性含铬废水时，C和Fe之间由于存在着明显的电势差，此时便会在焦炭和铁之间形成大量的微小原电池，随着加入焦炭中的铁屑量不断增加时，铁屑与焦炭粒充分接触形成较大的原电池，加快电化学反应。根据实验发现，焦炭-铁屑法在处理六价铬电镀废水，废水的酸性越强，在pH值在1～2，停留时间在30min时，六价铬的去除率达到了99%以上，运用焦炭-铁屑法处理含铬电镀废水不需要再另加还原药剂，运行简单，易于操作管理，具有良好的处理效果等特点。

2.4电解还原法

电解还原法处理含铬污水包括两个方面，一方面是在污染物电极上直接发生电催化反应，该过程又叫“直接电化学过程”；另一方面是利用电极表面所产生的强氧化活性物种，使含铬废水发生氧化还原反应，该过程叫“间接电化学过程”。与直接电解法相比，间接电解法耗能较多，容易在处理废水过程中产生较多的沉渣。实践中，应用直接电解还原法处理含铬废水较为广泛。直接电解还原法：即含铬废水直接在铁阳极的直流电作用下失去电子而发生氧化，溶解产生许多亚铁离子，这些亚铁离子在酸性条件下会使六价铬还原反应成为三价铬。主要是利用铁阳极在直流电的作用下，不断溶解而产生的亚铁离子，在酸性条件下，将六价铬还原为三价铬。在电解直接还原过程中，污染物直接在阴极上得到电子发生还原作用，三价铬同氢氧根离子结合成Cr(OH)3沉淀，抑制pH值上升，从而实现废水中的铬元素分离出来。

电解还原法处理含铬废水，其工艺流程（见图2），具有较强的稳定性，处理效果明显，且稳定，易于操作管理，设备紧凑，所占空间较小等优势，但电解还原法的不足之处是需要较大的电源作为保障，耗电量较大，造成后期在运行过程中成本的增加。

图2电解法工艺流程图

赵丽、王成端等采用电解还原法模拟工业含铬废水处理实验中，在直流电的直接作用下，在废水初始含铬浓度在600mg/L及600mg/L以下，反应pH=3，加入FeSO4的量为1.2g，（Fe2+与Cr2O72+比例为1:1）、反应时间为40min，换极周期为10min，电流魔都0.085A/cm2，出水浓度达0.57mg/L，铬的去除率达到了94%。出水浓度达到了国家的排放标准。