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(shù)
含鉻電鍍廢水中的Cr6+對生命體毒性強(qiáng),能導(dǎo)致肝臟損壞和肺充血,有致癌作用,消除其污染有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。鐵碳內(nèi)電解法是基于電化學(xué)氧化還原反應(yīng)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(yù)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(xué)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(guān)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(shù)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(jī)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(jìn)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(fù)3次,去除茶葉中有機(jī)酸組分,烘干,磨粉,過80目篩制成。
2、結(jié)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(jìn)水pH為7,反應(yīng)時間為2h,采用連續(xù)曝氣方式,實驗結(jié)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(dāng)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(jìn)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(yīng)時間為2h,采用連續(xù)曝氣方式,實驗結(jié)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(yīng)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(yīng)的正向進(jìn)行,電極反應(yīng)進(jìn)行的自然就越完全。實驗選定進(jìn)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(jìn)水pH為1,采用連續(xù)曝氣方式,實驗結(jié)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(dāng)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(jìn)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(jié)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(yīng),而氧的標(biāo)準(zhǔn)電位要比氫的標(biāo)準(zhǔn)電位高,更有利于電極反應(yīng)的進(jìn)行。
2.5 進(jìn)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(jié)果見圖5。
由實驗可知,進(jìn)水pH對改性茶渣吸附量有較大影響。當(dāng)pH從4.5上升到7時,吸附量逐漸上升;當(dāng)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(jìn)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(qiáng),不利于茶渣對Cr6+的吸附;而當(dāng)進(jìn)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(jìn)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(jié)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(jié)構(gòu),從而導(dǎo)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(jìn)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(dá)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(jié)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(jié)果得出其最佳工藝條件為:內(nèi)電解:Fe/C體積比為1∶1、進(jìn)水pH為1、采用連續(xù)曝氣方式,處理時間120min,Cr6+去除率可達(dá)到95.4%,改性茶渣:進(jìn)水pH為7.5、0.4g改性茶渣,處理時間120min,Cr6+去除率可達(dá)到85.65%。(來源:江蘇省生態(tài)環(huán)境評估中心,揚(yáng)州大學(xué))
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