電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用研究

O 劉玉星 朱明娟 龍燕（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 830000）

電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用研究

O 劉玉星 朱明娟 龍燕
（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 830000）

將電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用在處理含鉻工業(yè)廢水過程中，具有非常大的工業(yè)利用價值，其中主要體現(xiàn)在以下兩個方面：首先這樣可以有效幫助消除廢水有關(guān)鉻等重金屬污染物質(zhì)，其次還能夠科學(xué)的實現(xiàn)鉻等重金屬的回收使用。下面我們就一起來簡單了解一下有關(guān)電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用研究。

電化學(xué)法；含鉻廢水處理；應(yīng)用

我國多數(shù)工業(yè)廢水中都含有大量的金屬離子，這些重金屬離子等污染物的回收以及去除都是工業(yè)廢水處理的主要標(biāo)準(zhǔn)。目前基于電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的污水處理新技能被大量的應(yīng)用在含鉻的工業(yè)廢水處理中，也引發(fā)各界研究人員的探討興趣。在下文中我們由工業(yè)廢水中鉻的收回使用視點出發(fā)，詳細(xì)講解了電化學(xué)技能有效處理我國各大工廠含鉻工業(yè)廢水電極反應(yīng)，針對基本情況下的除鉻原理展開了深入研究分析，介紹了電化學(xué)法應(yīng)用的典型處理流程，以及其主要的幾個影響因素。

1.工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用電化學(xué)法工藝特點

電化學(xué)處理工業(yè)含鉻廢水措施指的是在某種電化學(xué)反應(yīng)容器之中，經(jīng)過規(guī)劃好的電極反應(yīng)，與在這里導(dǎo)致出現(xiàn)的一系列電化學(xué)進(jìn)程、化學(xué)反應(yīng)或者物理進(jìn)程等等，從而實現(xiàn)含鉻等重金屬污染物降解轉(zhuǎn)化的目的。工業(yè)含鉻廢水處理中應(yīng)用電化學(xué)法有著明顯的優(yōu)勢。

現(xiàn)在我國含鉻廢水的領(lǐng)域不少，其中包括飲用水以及工業(yè)污水等方面，這些領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用了電化學(xué)法，采用這種方式無須添加化學(xué)輔佐試劑，出產(chǎn)的污泥量也會相對較少，避免出現(xiàn)二次污染。其次，采納電化學(xué)法來解決含鉻廢水，有著一定的可選擇性，在后期能夠科學(xué)的起到回收再利用效果。和以往傳統(tǒng)的沉淀法相比，電化學(xué)法不容易反彈，具備良好的徹底性，基本上是屬于“綠色”無污染的廢水處理技術(shù)。

2.電化學(xué)法在工業(yè)含鉻廢水處理中的應(yīng)用研究

一般在工業(yè)含鉻廢水處理中應(yīng)用的電化學(xué)法根據(jù)反應(yīng)容器中有沒有外加電場，以及相關(guān)的反應(yīng)原理分為兩種方式，其分別是基于原電池反應(yīng)的微電解技術(shù)和外加電場的電沉積工藝。下面我們就來詳細(xì)了解一下相關(guān)內(nèi)容。

(1)電化學(xué)法處理鉻工業(yè)廢水過程中基本電極反應(yīng)

工業(yè)含鉻廢水處理中應(yīng)用的電化學(xué)法電極反應(yīng)受到很多方面的影響，例如其電極反應(yīng)會因為反應(yīng)容器中所填充的材料不同、或者使用的電極材料不同而出現(xiàn)相應(yīng)的變化。在電沉積工藝處理廢水的過程中，一般選用銅、不銹鋼、鍍鉑鈦以及和石墨、碳鋼等作為反應(yīng)器的陽極材料，同時選用碳芯片、石墨以及碳纖維等當(dāng)做陰極的材料。

鋁屑和鐵屑是平時微電解工藝的過程中通常使用的反應(yīng)材料，同時添加進(jìn)碳粒或者石墨來提高反應(yīng)器內(nèi)所出現(xiàn)的原電池數(shù)量。有部分研究者提出推薦的微電解反應(yīng)材料規(guī)劃方式是：SA-1（Al-3Zn-0．1Sn）鋁合金+A3碳鋼+焦炭（石墨）所構(gòu)成的混合填充體，同時陰陽極面積比為一比一到一比二十之間。還有部分研究者推薦使用磁性鑄鐵粉來解決含鉻廢水，也獲得了很好的凈化效果。

在電沉積工藝處理廢水的過程中，因為存在外加電場容易導(dǎo)致反應(yīng)器中的陰陽兩極出現(xiàn)相應(yīng)的電位差，同時將導(dǎo)電性的廢水當(dāng)做電解質(zhì)促使其發(fā)生電解反應(yīng)，陰極材料出現(xiàn)析氫反應(yīng)；而陽極的材料發(fā)生腐蝕溶解。在微電解工藝處理廢水的過程中，因為采用的電極材料本身電位不一樣從而促使廢水中出現(xiàn)電位差，導(dǎo)致形成很多的原電池，然后引發(fā)一系列電極反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。下文中，我們根據(jù)現(xiàn)在使用比較廣泛的Fe/C電極來簡單剖析一下反應(yīng)器中出現(xiàn)的各種電極反應(yīng)。

①酸性條件下基本的反應(yīng)

陽極：

根據(jù)上文中反應(yīng)過程中出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0能夠了解到，在酸性充氧的情況下，電極反應(yīng)的E0數(shù)值是最大的，由此可知，在酸性的環(huán)境下電極反應(yīng)速度進(jìn)行得最快，所以理論上在酸性含鉻工業(yè)廢水中采用電化學(xué)的措施來解決能夠起到很好的效果。不然假如廢水的pH大于七，呈現(xiàn)堿性環(huán)境，則陽極有可能出現(xiàn)析氧反應(yīng)：

顯然，以上的反應(yīng)會使得溶液的pH值出現(xiàn)變化，干擾了鉻的相關(guān)還原反應(yīng)，同時使得電流效率發(fā)生變化，增加對應(yīng)的能耗。

(2)無外加電場情況下電化學(xué)法微電解技術(shù)處理鉻工業(yè)廢水

①微電解主要工藝流程

無外加電場情況下電化學(xué)法微電解技術(shù)處理鉻工業(yè)廢水，其通常使用的方法是在酸性環(huán)境下，采用鐵(一般是Fe2+)把鉻離子Cr6+還原為鉻離子Cr3+，之后把溶液中的pH值環(huán)境調(diào)高到7或者大于7，即至中性或偏堿性，從而促使鉻離子Cr3+以沉淀的方式被析出，有效凈化修復(fù)水質(zhì)。詳細(xì)的工藝流程如下圖1所示。

圖1 微電解技術(shù)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of micro-electrolysis technology

在微電解工藝流程中，經(jīng)過科學(xué)操控高位水箱的有關(guān)出水流量能夠確保含鉻工業(yè)廢水和濾料層彼此之間存在合理的接觸時間，選用升流式的微電解反應(yīng)器能夠有利于避免填料被水壓實出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。為了加強(qiáng)鉻的收回使用率，我們可以把Cr(OH)3的沉淀物用酸處理過后，在相關(guān)的反應(yīng)器中經(jīng)過陽極來進(jìn)行氧化，促使其生成重鉻酸根離子，這樣一來就可以將其作為蝕刻劑進(jìn)行回收利用。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

除此之外，我們可以向富含Cr3+的溶液里添加次氯酸鈉，從而生成重鉻酸鹽來進(jìn)行鉻的回收利用。這個方法也是我國工業(yè)廢水處理過程中生產(chǎn)重鉻酸鹽的措施之一。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

②微電解反應(yīng)作用機(jī)理

電化學(xué)法微電解技術(shù)中的還原反應(yīng)

電化學(xué)法微電解技術(shù)Fe-H2O的體系中，其原電池的陽極不僅能夠出現(xiàn)陽極化學(xué)反應(yīng)，還可以和溶液里面的水體發(fā)生溶解氧化反應(yīng)，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下 ：

在酸性環(huán)境下，Cr6+通常是以Cr2O2-7的形式存在的，F(xiàn)e2+能夠?qū)⑵淇焖龠€原為Cr3+，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

在PH值等于7或者大于7，即中性或堿性環(huán)境下，Cr6+通常以CrO2-

4的形式存在，發(fā)生的具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

由上文可知，其總化學(xué)反應(yīng)方程為：

由于CrO2-4的氧化能力比Cr2O2-7要小，能夠發(fā)生的反應(yīng)速度也比較緩慢，因此無外加電場情況下電化學(xué)法微電解技術(shù)處理鉻工業(yè)廢水最好在酸性環(huán)境下進(jìn)行。不過需要注意的是，并不是PH環(huán)境數(shù)值越低越好，其原因是pH值的降低通常會使得產(chǎn)物形式發(fā)生變化，從而對反應(yīng)后生成的絮體產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)有色的Fe2+導(dǎo)致出水的水質(zhì)變差。同時如果pH數(shù)值過低可能會增加酸消耗量，導(dǎo)致運行成本也變高。所以在現(xiàn)實中我們需要進(jìn)行不一樣的pH值環(huán)境下，微電解解決鉻廢水的效果對比實驗，從而采納最科學(xué)合理的進(jìn)水pH值，通常主張環(huán)境的pH值范圍是三到六點五之間。

電化學(xué)法微電解技術(shù)中的沉淀反應(yīng)

在溶液環(huán)境的pH值等于7或者稍大于7的時候，經(jīng)還原產(chǎn)生的Cr3+能夠生成Cr(OH)3沉淀，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

也有可能會生成鐵絡(luò)合氫氧化物沉淀，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

或者生成鐵絡(luò)氧化水合物來去除，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

電化學(xué)法微電解技術(shù)中的絮凝作用

Fe2+在有氧和溶液PH數(shù)值稍微大于7的堿性環(huán)境下，可以發(fā)生水解反應(yīng)，從而分別生成絮狀Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

上化學(xué)方程式中所生的Fe(OH)3還可以進(jìn)一步水解，從而生成Fe(OH)2+以及Fe(OH)+2等鉻離子。這些鉻離子沉淀都是良好的膠體絮凝劑，能夠科學(xué)針對水中的Cr6+和Cr3+產(chǎn)生吸附絮凝的效果，有效吸附溶液中的不溶性物質(zhì)，從而改善Cr(OH)3的沉降性能。

結(jié)語

在今后工業(yè)含鉻廢水處理過程中，我們應(yīng)該大力推廣應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)，加強(qiáng)檢測其電位或者電流等重要運行參數(shù)的相關(guān)技能，進(jìn)一步提升工業(yè)自動化操控水平。加強(qiáng)研究包含多種金屬離子廢液體的處理原理機(jī)制和其受到各種的影響要素，從而建立有關(guān)電化學(xué)反應(yīng)方程式；設(shè)立工藝流程的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。

[1]袁立群,丁峰鋼,崔桂芹等.吸附膠體浮選法在含鉻(Ⅵ)廢水處理中的應(yīng)用與評價[J].天津冶金,2003,01:42-44+49.

[2]唐志堅,左社強(qiáng),劉良棟等.基于電化學(xué)反應(yīng)原理的含鉻工業(yè)廢水處理技術(shù)[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2004,12:67-71.

[3]李慧婷,林海波,孫麗美.電化學(xué)氧化法在環(huán)氧丙烷生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,03:275-276.

Application Research of Electrochemistry Method in Industial Chromecontained Wastewater Treatment

Liu Yuxing, Zhu Mingjuan, Long Yan
(Xinjiang Light Industry Professional Technology Institute, Sinkiang, 830000)

The process of applying the electrochemical technology to the treatment of industrial chrome-contained wastewater has very big industrial utilization value, which mainly embodies in the following two aspects, fi rstly it can help eliminate the heavy metal pollutants, like chrome in wastewater, secondly it can also scientifi cly achieve the recycle of heavy metals like chrome. Now we will simply learn the application research of electrochemical method in industial chrome-contained wastewater treatment.

electrochemistry method；chrome-contained wastewater treatment；application

T

：A

劉玉星（1981～），女，新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：功能材料的制備及應(yīng)用。