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活性炭处理含铬废水的方法

发布时间:2021-06-07点击:

摘要:活性炭具有优良的吸附性和还原性,已广泛用于废水处理工业。阐述了活性炭处理含铬废水的基本原理,采用吸附—还原联用处理含铬废水,介绍了其工艺流程特点及处理过程中的注意事项。实践证明,经处理的废水中六价铬含量达国家排放标准。

1 前言

电镀、石化和制药是当今全球三大污染工业。就我国电镀废水而言,据不完全统计,全国电镀厂点约1万多家,职工约40万人,每年排出的电镀废水大约40亿m3由此可见,电镀废水不仅量大,而且对环境造成的污染也很严重,因为电镀废水中不仅含有氰化物等剧毒成份,而且含有铬、锌、铜、镍等自然界不能降解的重金属离子。其中,铬酐是电镀行业中使用量很大的一种化工原料,主要用于镀铬、钝化、和退镀等工艺上,随废水pH值的不同,分别以CrO2-4和CrO2-7两种六价铬的形式存在,一般认为,六价铬的毒性约为三价铬的100倍,据《工业企业设计卫生标准》规定,地面水中六价铬最高允许浓度为0.05mg/L,而三价铬为0.5mg/ L;《生活饮用水卫生标准》规定,六价铬浓度不得超过0.05mg/L。含铬废水的处理方法很多,主要有化学沉淀法、活性炭法、电解法、离子交换法和膜处理法等,本文对电镀含铬废水处理的工艺进行了改进,介绍了一种用活性炭的吸附性和还原性处理含铬废水的方法。活性炭在不同pH值下对六价铬都有良好的吸附和还原效果,因此,近年来在工业废水治理方面得到日益广泛的应用。

2 活性炭处理含铬废水的基本原理

活性炭处理含铬废水主要是利用其吸附和还原作用,在不同的pH值下,活性炭对六价铬都有良好的吸附和还原效果。

2.1 pH值为3-4时的作用原理

据相关资料介绍,活性炭的表面存在大量的含氧基团,如羟基(-OH)。因此,活性炭不单纯是游离碳,而且是含碳量多、分子量大的有机分子凝聚体。当pH值为3-4时,由于上述含氧基团的存在(以CxO 或CxO2表示含氧基因起吸附作用的符号),其吸附方程可表示如下:

含铬废水膜离解:H2O=H++OH-

CxO+H2O=Cx2++2OH-

CxO2+H2O=CxO2++2OH-

CxO+H2O+HCrO-4=CxOHO3Cr++2OH-

CxO2+H2O+HCrO-4=CxO2HO3Cr++2OH-

这样,六价铬就被吸附在活性炭上。

随着pH值的上升,水溶液中的OH-浓度加大,由于含氧基团与OH-的亲和力大于对Cr2O2-7分的亲和力,因此,当pH值大于6时,活性炭表面的吸附位置被OH-夺取,活性炭对六价铬的吸附能力就下降,甚至不吸附。利用这种规律,用碱就能达到活性炭的再生目的,当pH值降低后,再次恢复活性炭吸附六价铬的作用。

2.2 pH值小于3时的作用原理

此时,六价铬主要被还原为三价铬。其反应方程式为:3C+2Cr2O2-7+16H+=3CO2↑+4Cr3++8H2O。

另外,活性炭还可以吸附水中的氧生成不稳定的中间产物H2O2,而H2O2在酸性条件下又可将六价铬还原为三价铬,其反应方程式为:

3H2O2+Cr2O2-7+8H+=2Cr3++3O2↑+7H2O

按照上述机理,结合平衡移动原理,可以解释用活性炭处理含铬废水过程中出现的某些现象,如随水处理量的增加排出水的pH值将连续上升,排出水中六价铬含量逐渐增多;当用碱溶液解吸时,吸附的水中含六价铬;当酸溶液解吸时,吸附的水中含有三价铬。

3 吸附-还原联用处理含铬废水

3.1 工艺流程

根据活性炭用酸再生后塔中留有大量氢离子的特点,用含铬废水代替清水反冲,这样就将用清水单纯反冲的过程改为还原处理含铬废水的过程,以三价铬的形式排放或加碱回收Cr(OH)3。随着还原过程的进行,塔中氢离子浓度减少,pH值升高,含铬废水的处理过程由以还原为主转为以吸附为主。实践证明,采用吸附/还原联用处理,含铬废水处理后完全达到国家排放标准。吸附过程的排入水可回收循环使用。其工艺流程如图1所示。

活性炭处理含铬废水的方法

3.2 工艺特点

与单纯利用吸附或还原作用处理含铬废水相比,吸附还原联用处理具有以下优点:

①将一般工艺中的清水反冲改为用含铬废水反冲,从而使反冲过程变为处理废水的过程,既节约了反冲的清水用量,又增加了处理废水的能力,使活性炭再生时的酸从被冲洗流失变为被合理利用;

②还原处理过程中排出了水中的三价铬,离子浓度比反冲时大,有利于Cr(OH)3的回收;

③节约了反冲时清水的用量;

④节约了反冲的时间。

4 注意事项

欲使活性炭吸附过程对含铬废水的处理得到满意结果,在处理过程中须注意以下问题。

①为保证活性炭良好的吸附性能,含铬废水进入活性炭塔以前,须与其它废水先行分流,若有悬浮物,还需先过滤。若将镀铬、镀锌、镀合金等废水不经分流一并进入活性炭塔中,则大大降低活性炭对六价铬的吸附能力,达不到对六价铬的处理效果。

②pH值对活性炭的吸附和还原性能影响很大,当处理后的排出水pH值大于6时,排出水中会含有六价铬,达不到国家排放标准,所以含铬废水进入活性炭塔时,控制pH值为3-4。

③待处理的含铬废水中六价铬的浓度一般控制在55-120mg/L。

④活性炭塔需要有一定的高度,同时还应控制废水处理时的流速,使废水进塔后保持一定停留时间,以充分吸附六价铬。

⑤若采用连续处理,每日连续吸附处理1-8h,连续几天,处理后的水达到国家排放标准;若采用间断处理,每日连续处理1-4h,连续处理1-6天,间隔1-5天,再连续处理几天,这样不是每天连续处理,活性炭的吸附量比连续处理时的大,处理后的水达到国家排放标准。

5 总结

实践证明,活性炭吸附—还原联用和酸再生循环使用工艺是可行的。这种工艺大大节约了清水的用量,有利于Cr(OH)3的回收,提高了经济效益,处理后的排放水中六价铬的含量完全达到国家排放标准。

对于活性炭吸附六价铬的机理及使用寿命有待进一步探讨。