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改性活性炭铁吸附剂处理含铬电镀废水
更新时间:2017-01-20 来源:《工业水处理》 作者:王雨,郭永福,吴伟,白仁碧

摘要:通过采用锰盐对普通颗粒活性炭进行改性,添加少量铁屑后,获得了对电镀废水中重金属铬具有更强吸附能力的改性活性炭铁吸附剂。该吸附剂具有吸附速度更快、吸附量更大以及适应pH 范围更宽的特点。对低浓度含铬废水,改性活性炭铁吸附剂能在pH 为6~7、接触时间为1.5 h 实现90%以上的总铬去除率。

在电镀生产过程中,会排放大量含有Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)等重金属离子的电镀废水,如果不经处理就直接排放, 会对周边环境及人类健康带来严重危害〔1〕。对这些废水中Cr(Ⅵ)等重金属离子的处理,常用的方法主要有化学沉淀以及活性炭吸附等〔1-2〕。其中铁炭微电解利用化学过程能使Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ),再利用微电解过程产生的Fe(Ⅲ)离子的絮凝效果,使Cr(Ⅲ)等重金属离子在碱性条件下生成沉淀后将其除去。而活性炭吸附,则是利用其具有大比表面和大空隙的特性,对废水中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)等重金属离子进行吸附后将其除去。然而,铁炭微电解过程会由于大量Fe(Ⅱ)的溶解以及Fe(Ⅲ)的絮凝,使沉淀污泥量增大,为后续污泥处理带来负担,且出水中总铁指标易超标。而普通活性炭由于其吸附速度较慢,且吸附容量相对偏小,难以适应处理复杂水量的工程应用。

目前电镀废水的处理工艺多在混凝沉淀之后采用砂滤或炭滤工艺, 以进一步去除废水中残留重金属离子和部分COD 指标〔5〕。然而,如要降低前段处理工序的加药量,以减少由此带来的污泥量,则势必增加后续炭滤或砂滤的处理负荷。对于大水量的工程而言,通过砂滤或炭滤的流速较快,滤料与水流的接触时间变短, 导致出水中重金属离子仍有可能超标。笔者用锰盐对普通活性炭进行改性,同时添加少量铁屑形成一定的原电池,以提高对废水中重金属离子及残余有机物的捕获效率。最后用研究结果对昆山某机械有限公司排放的电镀废水进行了工程设计。

1 工作原理

当少量铁屑与大量活性炭在水中接触后, 由于铁屑(微阳极)与活性炭(微阴极)之间电位的差异,会形成大量的微电池,其电极反应为〔4-5〕:

阳极:Fe0→Fe2++2e-,Fe2+→Fe3++e-

Cr2O72-+6e-+14H+→2Cr3++7H2O

阴极:2H++2e-→2[H]→H2(g)

O2+2H2O+4e-→4OH-

同时,Fe(Ⅱ)与Cr2O72-也会发生如下反应:

Cr2O72-+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O

碱性条件下,废水中的Cr(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)会生成相应氢氧化物絮体,其中氢氧化铁絮体有助于微量氢氧化铬絮体的互相凝聚,这些絮体最终都会被活性炭颗粒所截留,从而实现对废水的净化。

笔者课题中,活性炭与铁屑的混合体中活性炭的量处于绝对优势,因此占据优势地位的应该是具有特殊表面性质的活性炭对这些重金属离子的捕获过程。另外,活性炭的高比表面积及发达的空隙结构,使其具有非常强的吸附能力,包括物理吸附及化学吸附。物理吸附与其表面的空隙结构及比表面积大小密切相关。而化学吸附则与活性炭表面特性(如所带电荷性质)有关。通常活性炭表面会带有某些含氧基团如羟基等。这些带负电荷的基团会使活性炭表面的电荷总体呈现负值,而且含氧基团数量越多,活性炭表面所带负电荷就越强,对水中带有正电荷的重金属离子的吸引力也就越强。对电镀废水中的重金属离子而言,由于Cr(Ⅵ)及Fe(Ⅲ)等高价态离子所带电荷比对应的低价态离子所带电荷多,因此活性炭能优先吸附这些高价态的金属离子,从而实现对电镀废水中重金属离子的净化。如能对普通活性炭进行改性,增强其对废水中重金属离子的捕获能力,尤其是对低价态重金属离子的捕获能力,则既能减少滤料的消耗,提高活性炭使用寿命,还可以降低铁屑的添加量,减少铁碳反应带来的污泥处理费。

版权、出处:《工业水处理》

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