电絮凝过程处理含铬废水

Posted 2023-01-13 絮凝

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以六价铬废水为处理对象，采用电絮凝过程研究了槽电压、初始浓度、初始pH值、电极材料等工艺参数对电絮凝过程分离Cr（Ⅵ）离子效率的影响机理。结果表明，采用Fe/Fe电极，对初始浓度为105 mg/L的Cr（Ⅵ）离子废水，最优槽电压为4 V，初始pH值为6，电解60 min，去除率可达到98.84%。Cr（Ⅵ）的去除率随着槽电压的升高而增大，随着初始浓度以及初始pH值的增加而减小。

研究发现，初始pH值决定电絮凝过程中Cr（Ⅵ）的主要去除方式，在偏中性范围内Cr（Ⅵ）主要通过絮体吸附作用去除。对不同电极材料的电絮凝过程电解产生的絮体进行了初步分析，结果表明，絮体成分因电极不同而异，不同絮体对重金属离子吸附能力的差异也较大。

重金属铬是电镀行业中最主要的污染物。根据世界卫生组织（WHO）公布的资料，铬是已被确证的致癌物质之一，且六价铬（Cr（VI））已被美国环境保护局（EPA）确定为17种高度危险的毒性物质之一。当前含铬废水的处理工艺主要有化学絮凝、化学沉淀、吸附法、膜分离法。传统的化学絮凝、化学沉淀法会产生二次污染且效率低，同时，吸附法和膜分离法成本均较高。电絮凝过程兼具电化学氧化、絮凝和气浮3种作用，产生的污泥量少，絮体易脱水、更稳定、更易分离，无二次污染，是近几年发展起来的颇具竞争力的铬离子废水处理方法。

近年来，电絮凝（electrocoagulation，EC）过程去除废水引起了许多学者关注。相对于化学絮凝，电絮凝过程产生的吸附絮体，颗粒尺寸要远小于化学絮凝，分散程度较为均匀。同时阴极电解产生的微米尺寸的氢气起到了气浮作用，其气浮效果要远好于化学絮凝中曝气系统的气泡。相对于传统的化学方法，电絮凝过程得到的污泥量更少，污泥脱水性能更好，有利于最终的污泥处理。在对氯离子、pH值、Cr（III）初始浓度、电流等因素对去除效果的影响研究中发现，串联连接电极比并联去除效果更好，但电流效率较低，电能消耗和电极材耗分别高出并联时40%和43%。

由此可见，对电絮凝技术处理含铬废水过程中的不同影响参数已经有了一定的研究，但对电絮凝过程机理的研究却很少。鉴于电极耗材成本问题，目前工业上主要采用Fe/Fe电极为电极材料，为使研究具备更好的应用价值，实验同样以Fe/Fe电极的电絮凝过程为主要研究系统，寻找槽电压、初始浓度、初始pH值对EC过程分离Cr（VI）的最佳工艺参数，并在此基础上，对EC产生的吸附絮体进行了初步分析，探索了电极材料对去除Cr（VI）的去除率以及絮体种类、组成的影响。

1 EC过程原理

在EC过程中，牺牲阳极（Fe或Al。）电解产生金属阳离子，阴极水电解产生H2和OH-，在电场作用下金属阳离子和OH-发生电迁移，在溶液中互相结合并水解生成单核或多核氢氧化物絮体，最终形成有高比表面积且含有丰富表面羟基的氢氧化物絮体。通过配合吸附、网捕卷扫、吸附架桥等作用吸附水中的有毒物质。同时，阴极电解产生的H2气泡可将絮体气浮运输至溶液表面而分离。

1.1絮体的配合吸附反应

吸附絮体表面分布有表面羟基（以三Fe-OH表示），表面羟基和重金属Cr的配位反应式为：

1.2氧化还原反应

溶液中Cr（VI）会被Fe2+还原，反应式为：

2实验部分

实验装置为自行设计的有机玻璃电解槽，内有等间距凹槽以平行固定电极板，尺寸为109mm*74mm*208mm，有效处理体积为1L。电极材料为铁片和铝片，尺寸为63mm*147mm*15mm。。

实验用废水为K2Cr2O6配制的Cr（VI）模拟废水。所有实验均采用直流恒压模式，在室温下进行。

各电极板间采用单级式接法，每次实验均用6块极板，阳极板和阴极板各?块，电极间距为1cm。实验前先用240目砂纸粗磨，再用500目砂纸对电极进行细磨至光亮，再用约7%～8%的盐酸浸泡10min，后用自来水冲洗干净，即刻使用。

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