鞏義市波濤凈水材料有限公司作者
摘要:活性炭具有優(yōu)良的吸附性和還原性,已廣泛用于廢水處理工業(yè)。闡述了活性炭處理含鉻廢水的基本原理,采用吸附—還原聯(lián)用處理含鉻廢水,介紹了其工藝流程特點及處理過程中的注意事項。實踐證明,經(jīng)處理的廢水中六價鉻含量達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 前言
電鍍、石化和制藥是當(dāng)今三大污染工業(yè)。就我國電鍍廢水而言,據(jù)不統(tǒng)計,全國電鍍廠點約1萬多家,職工約40萬人,每年排出的電鍍廢水大約40億m3由此可見,電鍍廢水不僅量大,而且對環(huán)境造成的污染也很嚴(yán)重,因為電鍍廢水中不僅含有等劇毒成份,而且含有鉻、鋅、銅、鎳等自然界不能降解的重金屬離子。其中,鉻酐是電鍍行業(yè)中使用量很大的一種化工原料,主要用于鍍鉻、鈍化、和退鍍等工藝上,隨廢水pH值的不同,分別以CrO2-4和CrO2-7兩種六價鉻的形式存在,一般認(rèn)為,六價鉻的毒性約為三價鉻的100倍,據(jù)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,地面水中六價鉻較高允許濃度為0.05mg/L,而三價鉻為0.5mg/ L;《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,六價鉻濃度不得超過0.05mg/L。含鉻廢水的處理方法很多,主要有化學(xué)沉淀法、活性炭法、電解法、離子交換法和膜處理法等,本文對電鍍含鉻廢水處理的工藝進行了改進,介紹了一種用活性炭的吸附性和還原性處理含鉻廢水的方法?;钚蕴吭诓煌琾H值下對六價鉻都有良好的吸附和還原效果,因此,近年來在工業(yè)廢水治理方面得到日益廣泛的應(yīng)用。
2 活性炭處理含鉻廢水的基本原理
活性炭處理含鉻廢水主要是利用其吸附和還原作用,在不同的pH值下,活性炭對六價鉻都有良好的吸附和還原效果。
2.1 pH值為3-4時的作用原理
據(jù)相關(guān)資料介紹,活性炭的表面存在大量的含氧基團,如羥基(-OH)。因此,活性炭不單純是游離碳,而且是含碳量多、分子量大的有機分子凝聚體。當(dāng)pH值為3-4時,由于上述含氧基團的存在(以CxO 或CxO2表示含氧基因起吸附作用的符號),其吸附方程可表示如下:
含鉻廢水膜離解:H2O=H++OH-
CxO+H2O=Cx2++2OH-
CxO2+H2O=CxO2++2OH-
CxO+H2O+HCrO-4=CxOHO3Cr++2OH-
CxO2+H2O+HCrO-4=CxO2HO3Cr++2OH-
這樣,六價鉻就被吸附在活性炭上。
隨著pH值的上升,水溶液中的OH-濃度加大,由于含氧基團與OH-的親和力大于對Cr2O2-7分的親和力,因此,當(dāng)pH值大于6時,活性炭表面的吸附位置被OH-奪取,活性炭對六價鉻的吸附能力就下降,甚至不吸附。利用這種規(guī)律,用堿就能達(dá)到活性炭的再生目的,當(dāng)pH值降低后,再次恢復(fù)活性炭吸附六價鉻的作用。
2.2 pH值小于3時的作用原理
此時,六價鉻主要被還原為三價鉻。其反應(yīng)方程式為:3C+2Cr2O2-7+16H+=3CO2↑+4Cr3++8H2O。
另外,活性炭還可以吸附水中的氧生成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物H2O2,而H2O2在酸性條件下又可將六價鉻還原為三價鉻,其反應(yīng)方程式為:
3H2O2+Cr2O2-7+8H+=2Cr3++3O2↑+7H2O
按照上述機理,結(jié)合平衡移動原理,可以解釋用活性炭處理含鉻廢水過程中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象,如隨水處理量的增加排出水的pH值將連續(xù)上升,排出水中六價鉻含量逐漸增多;當(dāng)用堿溶液解吸時,吸附的水中含六價鉻;當(dāng)酸溶液解吸時,吸附的水中含有三價鉻。
3 吸附-還原聯(lián)用處理含鉻廢水
3.1 工藝流程
根據(jù)活性炭用酸再生后塔中留有大量氫離子的特點,用含鉻廢水代替清水反沖,這樣就將用清水單純反沖的過程改為還原處理含鉻廢水的過程,以三價鉻的形式排放或加堿回收Cr(OH)3。隨著還原過程的進行,塔中氫離子濃度減少,pH值升高,含鉻廢水的處理過程由以還原為主轉(zhuǎn)為以吸附為主。實踐證明,采用吸附/還原聯(lián)用處理,含鉻廢水處理后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。吸附過程的排入水可回收循環(huán)使用。其工藝流程如圖1所示。
3.2 工藝特點
與單純利用吸附或還原作用處理含鉻廢水相比,吸附還原聯(lián)用處理具有以下優(yōu)點:
①將一般工藝中的清水反沖改為用含鉻廢水反沖,從而使反沖過程變?yōu)樘幚韽U水的過程,既節(jié)約了反沖的清水用量,又增加了處理廢水的能力,使活性炭再生時的酸從被沖洗流失變?yōu)楸缓侠砝茫?/p>
②還原處理過程中排出了水中的三價鉻,離子濃度比反沖時大,有利于Cr(OH)3的回收;
③節(jié)約了反沖時清水的用量;
④節(jié)約了反沖的時間。
4 注意事項
欲使活性炭吸附過程對含鉻廢水的處理得到滿意結(jié)果,在處理過程中須注意以下問題。
①為保證活性炭良好的吸附性能,含鉻廢水進入活性炭塔以前,須與其它廢水先行分流,若有懸浮物,還需先過濾。若將鍍鉻、鍍鋅、鍍合金等廢水不經(jīng)分流一并進入活性炭塔中,則大大降低活性炭對六價鉻的吸附能力,達(dá)不到對六價鉻的處理效果。
②pH值對活性炭的吸附和還原性能影響很大,當(dāng)處理后的排出水pH值大于6時,排出水中會含有六價鉻,達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn),所以含鉻廢水進入活性炭塔時,控制pH值為3-4。
③待處理的含鉻廢水中六價鉻的濃度一般控制在55-120mg/L。
④活性炭塔需要有一定的高度,同時還應(yīng)控制廢水處理時的流速,使廢水進塔后保持一定停留時間,以充分吸附六價鉻。
⑤若采用連續(xù)處理,每日連續(xù)吸附處理1-8h,連續(xù)幾天,處理后的水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn);若采用間斷處理,每日連續(xù)處理1-4h,連續(xù)處理1-6天,間隔1-5天,再連續(xù)處理幾天,這樣不是每天連續(xù)處理,活性炭的吸附量比連續(xù)處理時的大,處理后的水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
5 總結(jié)
實踐證明,活性炭吸附—還原聯(lián)用和酸再生循環(huán)使用工藝是可行的。這種工藝大大節(jié)約了清水的用量,有利于Cr(OH)3的回收,提高了經(jīng)濟效益,處理后的排放水中六價鉻的含量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
對于活性炭吸附六價鉻的機理及使用壽命有待進一步探討。
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