電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用

張玉翠

（江蘇誠(chéng)智工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司江蘇徐州221018）

電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用

張玉翠

（江蘇誠(chéng)智工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司江蘇徐州221018）

本文首先簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)前各種含鉻廢水處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)論述了以電化學(xué)法處理含鉻廢水的工藝原理、特點(diǎn)和工藝內(nèi)容，并結(jié)合腐蝕電池法和直接電解還原法為例，論述電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

鉻廢水；電化學(xué)；腐蝕電池法

1概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都取得了顯著成就。隨著新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的實(shí)施，冶金、電鍍、油漆、制藥、皮革等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，鉻及其化合物在上述領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)行業(yè)的飛速發(fā)展。由此，產(chǎn)生的鉻廢渣也呈現(xiàn)出逐年上升態(tài)勢(shì)，目前，每年由工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的鉻廢渣大約在20×104t~30×104t左右，這些鉻廢渣如果未經(jīng)處理或處理不當(dāng)會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，鉻渣中的鉻酸鈣、可溶性鉻酸鈉等等都具有一定的度毒害性，一些中小型企業(yè)為了降低成本，常常將未經(jīng)處理或簡(jiǎn)單處理后的鉻廢渣隨意丟棄，導(dǎo)致周邊的土壤和水體環(huán)境受到破壞。其中毒性較大的六價(jià)鉻通過農(nóng)作物或水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)入到食物鏈中，對(duì)人體以及動(dòng)植物的危害將是深遠(yuǎn)和巨大的，因此，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鉻污染治理也成為了當(dāng)前重要的工業(yè)污染治理項(xiàng)目?jī)?nèi)容之一。近年來，在鉻廢水治理方面研究取得了豐碩成果，一些先進(jìn)的鉻廢水處理技術(shù)被研制出來，并應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中。其中，鉻廢水處理技術(shù)主要包括鐵氧化法、電解法、吸附法以及化學(xué)還原沉淀法等等，這些不同的方法應(yīng)用原理差異較大，都有其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和不足見表1。

表1含鉻廢水主要處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較

2電化學(xué)法處理含鉻廢水分析

電化學(xué)法處理鉻廢水在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，該工藝原理是通過在特定的電化學(xué)容器內(nèi)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電極，并通過電極產(chǎn)生一系列的化學(xué)、電化學(xué)以及物理反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鉻廢水中的污染物降解轉(zhuǎn)化效果。

2.1工藝原理

電解法處理含鉻廢水，一般會(huì)采用鐵板作為陽(yáng)極、陰極上的還原氧化反應(yīng)，通電后，在直流電的作用下，鐵陽(yáng)極便會(huì)對(duì)含鉻污水進(jìn)行溶解，在溶解過程中產(chǎn)生出亞鐵離子，亞鐵離子在酸性條件下會(huì)把Cr6+還原成Cr3+，Cr3+的毒性相對(duì)較低。隨著電極反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，其中的氫離子濃度會(huì)逐漸降低，不斷提升pH值，將溶液中的酸性轉(zhuǎn)變成堿性，這時(shí)，Cr3+就會(huì)逐漸生成為氫氧化物，進(jìn)行適當(dāng)沉淀之后，進(jìn)行固液分離，達(dá)到去除效果。此外，鐵陽(yáng)極溶劑所產(chǎn)生的亞鐵離子還能夠發(fā)揮良好的還原功能，吸附其中的氫氧化鉻，提升了固液分離效率，對(duì)于含鉻廢水的去鉻效果明顯。電解法的反應(yīng)過程如下

陽(yáng)極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

此外，還有一些少量的六價(jià)鉻在陰極上直接還原：

2.2工藝特點(diǎn)

電化學(xué)法處理鉻廢水具有顯著特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在，設(shè)備簡(jiǎn)單，占用空間較小，后期操作過程較為簡(jiǎn)便，也便于控制，主要的運(yùn)行成本和后期維護(hù)費(fèi)用也較低，能夠做到自動(dòng)化處理的預(yù)期效果。目前，含鉻廢水的領(lǐng)域較多，電化學(xué)法的應(yīng)用范圍較廣，在工業(yè)生產(chǎn)污水、飲用水處理等方面，選用電化學(xué)法不需要添加相應(yīng)的化學(xué)輔助試劑，污泥量產(chǎn)生較少，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。此外，選擇電化學(xué)法處理含鉻廢水，具有較強(qiáng)的可選擇性，后期的回收再利用效果良好，傳統(tǒng)的沉淀法去鉻往往容易產(chǎn)生反彈，電化學(xué)法去除含鉻廢水具有較好的徹底性，能夠有效防止出現(xiàn)反彈，基本上是一種對(duì)環(huán)境無(wú)污染的“綠色”水處理技術(shù)；此外，電化學(xué)法還可以與其他多種方法結(jié)合，吸收各種方法的優(yōu)點(diǎn)，使含鉻廢水處理方法得到進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3主要工藝

目前，使用電化學(xué)法處理含鉻廢水工藝主要包括腐蝕電池法和直接電解還原法。

2.3.1腐蝕電池法

電化學(xué)腐蝕法處理含鉻廢水是基于電化學(xué)中的腐蝕原理，去除廢水中的鉻離子，實(shí)現(xiàn)廢水去鉻效果。腐蝕電池法根據(jù)其原理不同，分為不同的工藝類型，目前采取的吸附混凝原理和微電池腐蝕原理去鉻的工藝類型主要有：焦炭—鐵屑法、瓦斯灰—鐵屑法。腐蝕電池法具有使用周期長(zhǎng)、成本低、易操作管理、處理效果好等優(yōu)勢(shì)。此外，腐蝕電池法處理含鉻廢水使用到的鐵屑，主要來自切削工業(yè)垃圾，因此焦炭—鐵屑法和瓦斯灰—鐵屑法具有“以廢治廢”的意義。

圖1焦炭—鐵屑法處理含鉻廢水工藝流程

2.3.2直接電解還原法

郭小華等采用鐵屑內(nèi)電解法處理含鉻電鍍廢水，在微電解反應(yīng)器中添加焦炭和鐵銷，當(dāng)二者浸沒在酸性含鉻廢水時(shí)，C和Fe之間由于存在著明顯的電勢(shì)差，此時(shí)便會(huì)在焦炭和鐵之間形成大量的微小原電池，隨著加入焦炭中的鐵屑量不斷增加時(shí)，鐵屑與焦炭粒充分接觸形成較大的原電池，加快電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焦炭-鐵屑法在處理六價(jià)鉻電鍍廢水，廢水的酸性越強(qiáng)，在pH值在1～2，停留時(shí)間在30min時(shí)，六價(jià)鉻的去除率達(dá)到了99%以上，運(yùn)用焦炭-鐵屑法處理含鉻電鍍廢水不需要再另加還原藥劑，運(yùn)行簡(jiǎn)單，易于操作管理，具有良好的處理效果等特點(diǎn)。

2.4電解還原法

電解還原法處理含鉻污水包括兩個(gè)方面，一方面是在污染物電極上直接發(fā)生電催化反應(yīng)，該過程又叫“直接電化學(xué)過程”；另一方面是利用電極表面所產(chǎn)生的強(qiáng)氧化活性物種，使含鉻廢水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該過程叫“間接電化學(xué)過程”。與直接電解法相比，間接電解法耗能較多，容易在處理廢水過程中產(chǎn)生較多的沉渣。實(shí)踐中，應(yīng)用直接電解還原法處理含鉻廢水較為廣泛。直接電解還原法：即含鉻廢水直接在鐵陽(yáng)極的直流電作用下失去電子而發(fā)生氧化，溶解產(chǎn)生許多亞鐵離子，這些亞鐵離子在酸性條件下會(huì)使六價(jià)鉻還原反應(yīng)成為三價(jià)鉻。主要是利用鐵陽(yáng)極在直流電的作用下，不斷溶解而產(chǎn)生的亞鐵離子，在酸性條件下，將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。在電解直接還原過程中，污染物直接在陰極上得到電子發(fā)生還原作用，三價(jià)鉻同氫氧根離子結(jié)合成Cr(OH)3沉淀，抑制pH值上升，從而實(shí)現(xiàn)廢水中的鉻元素分離出來。

電解還原法處理含鉻廢水，其工藝流程（見圖2），具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，處理效果明顯，且穩(wěn)定，易于操作管理，設(shè)備緊湊，所占空間較小等優(yōu)勢(shì)，但電解還原法的不足之處是需要較大的電源作為保障，耗電量較大，造成后期在運(yùn)行過程中成本的增加。

圖2電解法工藝流程圖

趙麗、王成端等采用電解還原法模擬工業(yè)含鉻廢水處理實(shí)驗(yàn)中，在直流電的直接作用下，在廢水初始含鉻濃度在600mg/L及600mg/L以下，反應(yīng)pH=3，加入FeSO4的量為1.2g，（Fe2+與Cr2O72+比例為1:1）、反應(yīng)時(shí)間為40min，換極周期為10min，電流魔都0.085A/cm2，出水濃度達(dá)0.57mg/L，鉻的去除率達(dá)到了94%。出水濃度達(dá)到了國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)語(yǔ)

總之，電化學(xué)法處理含鉻廢水具有良好的功效，對(duì)于廢水中的色度、六價(jià)鉻等都去除效果明顯。隨著電化學(xué)處理中通電時(shí)間的延長(zhǎng)，含鉻廢水中的SS、Cr6+等主要污染指標(biāo)去除效果明顯增強(qiáng)。

[1]張平,唐志堅(jiān),左社強(qiáng),等.基于電化學(xué)反應(yīng)原理的含鉻工業(yè)廢水處理技術(shù)[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2004,5（12）：67-71.

[2]湯心虎,甘復(fù)興,喬淑玉.鐵銷腐蝕電池在工業(yè)廢水治理鐘的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,1998,18（6）：4-6.

[3]郭小華,葛紅光,李江,等.鐵屑內(nèi)電解法處理含鉻電鍍廢水研究[J].化學(xué)工程師,2006（1）：39-41.

[4]趙麗,王成端,趙誠(chéng),等.電解還原法處理含鉻廢水[J].科技導(dǎo)報(bào), 2006,24(11):58-60.

張玉翠（1983—），女，漢族，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，主要從事廢水處理研究。