活性炭处理含铬废水的方法

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CrO^2-₄和CrO^2-₇两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，地面水中六价铬较高允许浓度为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C_xO 或C_xO₂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^-

C_xO+H₂O=C_x²⁺+2OH^-

C_xO₂+H₂O=C_xO²⁺+2OH^-

C_xO+H₂O+HCrO^-₄=C_xOHO₃Cr⁺+2OH^-

C_xO₂+H₂O+HCrO^-₄=C_xO₂HO₃Cr⁺+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Cr₂O^2-₇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+2Cr₂O^2-₇+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+Cr₂O^2-₇+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。

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。