含鉻電鍍廢水處理曝氣鐵碳內(nèi)電解-改性茶渣聯(lián)用技術

含鉻電鍍廢水中的Cr6+對生命體毒性強，能導致肝臟損壞和肺充血，有致癌作用，消除其污染有利于保護生態(tài)環(huán)境。鐵碳內(nèi)電解法是基于電化學氧化還原反應的原理，通過鐵屑對絮體的電附集、混凝、吸附、過濾等綜合作用來處理廢水的良好工藝，又稱微電解法?p鐵炭法?p鐵屑過濾法?p零價鐵法等等。周旋等人用鐵碳內(nèi)電解法預處理酵母工業(yè)廢水，在Fe/C質(zhì)量比為2：1，pH為4左右，停留時間為90min時，對COD、色度、TP、NH3-N的去除率分別為21%、35%、8.5%、5.7%，出水B/C明顯提高，由原來的0.28提高到0.40，表明內(nèi)電解法可有效地改善酵母廢水的生化性，對后續(xù)的生化處理是有利的。茶葉具有網(wǎng)狀、多孔、表面積大等特點，對水溶液中的重金屬離子和毒物有很好的吸附作用。中國學者曾研究過飲用后的綠茶對水中Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)離子的吸附、水溶液中的砷(Ⅲ)在云南沱茶上的吸附特性。但采用曝氣鐵碳內(nèi)電解、改性茶渣聯(lián)用處理含鉻電鍍廢水的相關研究國內(nèi)外未見報道。該研究以曝氣鐵碳內(nèi)電解-改性茶渣聯(lián)用技術處理含鉻電鍍廢水，探討不同因素對處理效果的影響。

1、材料與方法

1.1 儀器與材料

PVC廢水池，尺寸為300mm×400mm×500mm；25L/H型污水泵；LP-20型氣泵；有機玻璃吸附柱，直徑為150mm，長為300mm；壓力鍋；7500型可見-紫外分光光度計；PB-2型pH計；恒溫振蕩器。

進水水質(zhì)：含鉻廢水pH為5.8，Cr6+濃度為62.013mg/L；

廢鐵屑、焦炭為車間加工鐵件的廢棄物，實驗前用待測廢水浸泡24h，然后洗凈表面殘留液，烘干；

改性茶渣：將廢棄茶葉，置于壓力鍋內(nèi)，用去離子水蒸洗半小時，重復3次，去除茶葉中有機酸組分，烘干，磨粉，過80目篩制成。

2、結果分析與討論

2.1 Fe/C體積比對內(nèi)電解效果的影響

取200mL含鉻廢水，調(diào)節(jié)進水pH為7，反應時間為2h，采用連續(xù)曝氣方式，實驗結果見圖1。

由圖1可知，隨著Fe/C體積比的增大，去除率逐漸增大，Fe/C體積比大于1后，去除率略微下降。這是因為Fe/C體積比小于1時鐵屑的量不足，使得體系的處理能力較低，而增加鐵屑的量會增加體系中原電池的數(shù)量，有利于提高去除效果，但當體積比大于1時，體系中的碳的含量偏少，原電池的數(shù)量偏少，從而處理效果下降。實驗選定Fe/C體積比為1：1時最佳。

2.2 進水pH值對內(nèi)電解效果的影響

取200mL含鉻廢水，Fe/C體積比為1∶1，反應時間為2h，采用連續(xù)曝氣方式，實驗結果見圖2。

由圖2可知，隨著pH值的逐漸增大，去除率逐漸減小，pH為4后，處理效果趨于穩(wěn)定。這是因為酸性充氧條件下，電極反應為如下：

由此可見，廢水的pH值越低，即H+的濃度越大，氧的電極電位就越高，原電池的電勢差也就越大，越有利于反應的正向進行，電極反應進行的自然就越完全。實驗選定進水pH為1時最佳。

2.3 停留時間對內(nèi)電解效果的影響

取200mL含鉻廢水，Fe/C體積比為1∶1，進水pH為1，采用連續(xù)曝氣方式，實驗結果見圖3。

由圖3可知，隨著停留時間的延長，去除效果越來越好，在0～60min去除率上升趨勢明顯，由45.71%上升到95.32%，說明內(nèi)電解去除Cr6+是一個快速的過程，當處理90min后，去除率變化不大，處理效果保持相對穩(wěn)定，120min時去除率最大，經(jīng)計算得，120min時出水的Cr6+濃度為2.852mg/L。實驗選定停留時間為120min時最佳。

2.4 不同曝氣方式對內(nèi)電解效果的影響

取200mL含鉻廢水，Fe/C體積比為1∶1，進水pH為1，停留時間為120min，比較間歇曝氣(每小時開始5min曝氣)和連續(xù)曝氣對處理效果的影響，實驗結果見圖4。

由圖4可知，連續(xù)曝氣的處理效果穩(wěn)定且明顯好于間歇曝氣。這是因為曝氣可以增加水中的含氧量，氧氣參與陰極反應，而氧的標準電位要比氫的標準電位高，更有利于電極反應的進行。

2.5 進水pH對改性茶渣吸附效果的影響

取50mLCr6+濃度為2.852mg/L的含鉻廢水(即內(nèi)電解處理工序最佳條件下出水)，分別調(diào)節(jié)其pH為4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13，加入0.4g改性茶渣，在室溫下震蕩30min，實驗結果見圖5。

由實驗可知，進水pH對改性茶渣吸附量有較大影響。當pH從4.5上升到7時，吸附量逐漸上升；當pH大于7.5后，茶渣對Cr6+的去除率呈明顯下降趨勢。這是因為進水pH值較低，即H+濃度較高時，茶渣表面電荷密度較高，Cr6+與茶渣表面的靜電排斥力較強，不利于茶渣對Cr6+的吸附；而當進水pH在2～5的范圍內(nèi)，95%以上Cr6+是以CrO2-4、Cr2O2-7的形式存在的，這也是不利于吸附的；各種重金屬離子在溶液中被吸附，都有一臨界的pH值，超過該值后，離子的水解、沉淀則起主要作用。而在該實驗條件下，改性茶渣對Cr6+吸附臨界pH值為7.5，即中性時，改性茶渣對Cr6+吸附量最大，處理效果最佳。實驗選定進水pH為7.5時最佳。

2.6 吸附溫度對改性茶渣吸附效果的影響

取50mLCr6+濃度為2.852mg/L的含鉻廢水，調(diào)節(jié)其pH為7.5，加入0.4g改性茶渣，在25～50℃溫度范圍內(nèi)震蕩30min，實驗結果見圖6。

由圖6可見，在實驗溫度范圍內(nèi)，溫度的變化對改性茶渣的吸附性能的影響不大，溫度上升，Cr6+去除率略微降低，這可能是由于溫度升高，局部破壞了改性茶渣的表面結構，從而導致吸附性能下降。

2.7 吸附平衡時間

取50mLCr6+濃度為2.852mg/L的含鉻廢水，調(diào)節(jié)進水pH為7.5，加入0.4g改性茶渣，在室溫下震蕩，不同時間Cr6+去除率見圖7。

隨著吸附時間的延長，去除效果越來越好，在0～60min內(nèi)去除率急劇上升，表明改性茶渣吸附Cr6+可在短時間內(nèi)完成，之后變化緩慢，到120min基本達到平衡，經(jīng)計算得平衡吸附量為0.214mg/g。故實驗選定最佳停留時間為120min。

3、結論

(1)曝氣內(nèi)電解-改性茶渣聯(lián)用處理工藝能很好的去除廢水中的六價鉻離子，最終出水Cr6+濃度為0.409mg/L，低于GB8978―1996中最高允許排放濃度。

(2)分析實驗結果得出其最佳工藝條件為：內(nèi)電解：Fe/C體積比為1∶1、進水pH為1、采用連續(xù)曝氣方式，處理時間120min，Cr6+去除率可達到95.4%，改性茶渣：進水pH為7.5、0.4g改性茶渣，處理時間120min，Cr6+去除率可達到85.65%。（來源：江蘇省生態(tài)環(huán)境評估中心，揚州大學）