電化學法在工業含鉻廢水處理中的應用

張玉翠

（江蘇誠智工程設計咨詢有限公司江蘇徐州221018）

電化學法在工業含鉻廢水處理中的應用

張玉翠

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本文首先簡要介紹了當前各種含鉻廢水處理工藝的優缺點，重點論述了以電化學法處理含鉻廢水的工藝原理、特點和工藝內容，并結合腐蝕電池法和直接電解還原法為例，論述電化學法在工業含鉻廢水處理的現實應用。

鉻廢水；電化學；腐蝕電池法

1概述

隨著我國經濟的快速發展，工業、農業、第三產業等各個領域都取得了顯著成就。隨著新型工業化、城鎮化戰略的實施，冶金、電鍍、油漆、制藥、皮革等產業蓬勃發展，鉻及其化合物在上述領域得到了廣泛的應用，推動行業的飛速發展。由此，產生的鉻廢渣也呈現出逐年上升態勢，目前，每年由工業生產過程中所產生的鉻廢渣大約在20×104t~30×104t左右，這些鉻廢渣如果未經處理或處理不當會對周邊的環境產生較為嚴重的影響，鉻渣中的鉻酸鈣、可溶性鉻酸鈉等等都具有一定的度毒害性，一些中小型企業為了降低成本，常常將未經處理或簡單處理后的鉻廢渣隨意丟棄，導致周邊的土壤和水體環境受到破壞。其中毒性較大的六價鉻通過農作物或水產養殖進入到食物鏈中，對人體以及動植物的危害將是深遠和巨大的，因此，隨著工業經濟的發展，鉻污染治理也成為了當前重要的工業污染治理項目內容之一。近年來，在鉻廢水治理方面研究取得了豐碩成果，一些先進的鉻廢水處理技術被研制出來，并應用到現實中。其中，鉻廢水處理技術主要包括鐵氧化法、電解法、吸附法以及化學還原沉淀法等等，這些不同的方法應用原理差異較大，都有其技術優點和不足見表1。

表1含鉻廢水主要處理工藝優缺點比較

2電化學法處理含鉻廢水分析

電化學法處理鉻廢水在實踐中得到了廣泛應用，該工藝原理是通過在特定的電化學容器內，設計相應的電極，并通過電極產生一系列的化學、電化學以及物理反應過程，實現對含鉻廢水中的污染物降解轉化效果。

2.1工藝原理

電解法處理含鉻廢水，一般會采用鐵板作為陽極、陰極上的還原氧化反應，通電后，在直流電的作用下，鐵陽極便會對含鉻污水進行溶解，在溶解過程中產生出亞鐵離子，亞鐵離子在酸性條件下會把Cr6+還原成Cr3+，Cr3+的毒性相對較低。隨著電極反應的持續進行，其中的氫離子濃度會逐漸降低，不斷提升pH值，將溶液中的酸性轉變成堿性，這時，Cr3+就會逐漸生成為氫氧化物，進行適當沉淀之后，進行固液分離，達到去除效果。此外，鐵陽極溶劑所產生的亞鐵離子還能夠發揮良好的還原功能，吸附其中的氫氧化鉻，提升了固液分離效率，對于含鉻廢水的去鉻效果明顯。電解法的反應過程如下

陽極反應：

陰極反應：

此外，還有一些少量的六價鉻在陰極上直接還原：

2.2工藝特點

電化學法處理鉻廢水具有顯著特點，主要表現在，設備簡單，占用空間較小，后期操作過程較為簡便，也便于控制，主要的運行成本和后期維護費用也較低，能夠做到自動化處理的預期效果。目前，含鉻廢水的領域較多，電化學法的應用范圍較廣，在工業生產污水、飲用水處理等方面，選用電化學法不需要添加相應的化學輔助試劑，污泥量產生較少，不會產生二次污染。此外，選擇電化學法處理含鉻廢水，具有較強的可選擇性，后期的回收再利用效果良好，傳統的沉淀法去鉻往往容易產生反彈，電化學法去除含鉻廢水具有較好的徹底性，能夠有效防止出現反彈，基本上是一種對環境無污染的“綠色”水處理技術；此外，電化學法還可以與其他多種方法結合，吸收各種方法的優點，使含鉻廢水處理方法得到進一步優化。

2.3主要工藝

目前，使用電化學法處理含鉻廢水工藝主要包括腐蝕電池法和直接電解還原法。

2.3.1腐蝕電池法

電化學腐蝕法處理含鉻廢水是基于電化學中的腐蝕原理，去除廢水中的鉻離子，實現廢水去鉻效果。腐蝕電池法根據其原理不同，分為不同的工藝類型，目前采取的吸附混凝原理和微電池腐蝕原理去鉻的工藝類型主要有：焦炭—鐵屑法、瓦斯灰—鐵屑法。腐蝕電池法具有使用周期長、成本低、易操作管理、處理效果好等優勢。此外，腐蝕電池法處理含鉻廢水使用到的鐵屑，主要來自切削工業垃圾，因此焦炭—鐵屑法和瓦斯灰—鐵屑法具有“以廢治廢”的意義。

圖1焦炭—鐵屑法處理含鉻廢水工藝流程

2.3.2直接電解還原法

郭小華等采用鐵屑內電解法處理含鉻電鍍廢水，在微電解反應器中添加焦炭和鐵銷，當二者浸沒在酸性含鉻廢水時，C和Fe之間由于存在著明顯的電勢差，此時便會在焦炭和鐵之間形成大量的微小原電池，隨著加入焦炭中的鐵屑量不斷增加時，鐵屑與焦炭粒充分接觸形成較大的原電池，加快電化學反應。根據實驗發現，焦炭-鐵屑法在處理六價鉻電鍍廢水，廢水的酸性越強，在pH值在1～2，停留時間在30min時，六價鉻的去除率達到了99%以上，運用焦炭-鐵屑法處理含鉻電鍍廢水不需要再另加還原藥劑，運行簡單，易于操作管理，具有良好的處理效果等特點。

2.4電解還原法

電解還原法處理含鉻污水包括兩個方面，一方面是在污染物電極上直接發生電催化反應，該過程又叫“直接電化學過程”；另一方面是利用電極表面所產生的強氧化活性物種，使含鉻廢水發生氧化還原反應，該過程叫“間接電化學過程”。與直接電解法相比，間接電解法耗能較多，容易在處理廢水過程中產生較多的沉渣。實踐中，應用直接電解還原法處理含鉻廢水較為廣泛。直接電解還原法：即含鉻廢水直接在鐵陽極的直流電作用下失去電子而發生氧化，溶解產生許多亞鐵離子，這些亞鐵離子在酸性條件下會使六價鉻還原反應成為三價鉻。主要是利用鐵陽極在直流電的作用下，不斷溶解而產生的亞鐵離子，在酸性條件下，將六價鉻還原為三價鉻。在電解直接還原過程中，污染物直接在陰極上得到電子發生還原作用，三價鉻同氫氧根離子結合成Cr(OH)3沉淀，抑制pH值上升，從而實現廢水中的鉻元素分離出來。

電解還原法處理含鉻廢水，其工藝流程（見圖2），具有較強的穩定性，處理效果明顯，且穩定，易于操作管理，設備緊湊，所占空間較小等優勢，但電解還原法的不足之處是需要較大的電源作為保障，耗電量較大，造成后期在運行過程中成本的增加。

圖2電解法工藝流程圖

趙麗、王成端等采用電解還原法模擬工業含鉻廢水處理實驗中，在直流電的直接作用下，在廢水初始含鉻濃度在600mg/L及600mg/L以下，反應pH=3，加入FeSO4的量為1.2g，（Fe2+與Cr2O72+比例為1:1）、反應時間為40min，換極周期為10min，電流魔都0.085A/cm2，出水濃度達0.57mg/L，鉻的去除率達到了94%。出水濃度達到了國家的排放標準。

3結語

總之，電化學法處理含鉻廢水具有良好的功效，對于廢水中的色度、六價鉻等都去除效果明顯。隨著電化學處理中通電時間的延長，含鉻廢水中的SS、Cr6+等主要污染指標去除效果明顯增強。

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[2]湯心虎,甘復興,喬淑玉.鐵銷腐蝕電池在工業廢水治理鐘的應用[J].工業水處理,1998,18（6）：4-6.

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[4]趙麗,王成端,趙誠,等.電解還原法處理含鉻廢水[J].科技導報, 2006,24(11):58-60.

張玉翠（1983—），女，漢族，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，主要從事廢水處理研究。