含氰电镀废水处理策略：电化学氧化法的应用与分析

含氰电镀废水处理策略：电化学氧化法的应用与分析

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北极星水处理网讯:摘要：本文从电化学氧化法的基本原理出发，结合相应的实验，分析探讨了电化学氧化法在含氰电镀废水处理中的应用。

关键词：含氰电镀废水；电化学氧化法；处理策略

1 电化学氧化方法概述

电化学氧化的基本原理是将有机溶液或悬浮液置于电解池中，通入直流电后在阳极上夺取电子将有机物氧化或将低价金属氧化成高价金属离子，进而将有机物氧化（见图1）。根据电解方式的不同，电化学氧化又分为直接电解法和间接电解法。在富营养化水体处理中有着广泛的应用。与传统工艺相比，电化学氧化不需要直接添加化学物质或利用微生物，不仅操作简单、易于控制，而且反应速度更快，其优势十分明显。

2 电化学氧化法在含氰电镀废水处理中的应用

2.1 实验与分析

2.1.1 基本原理

电化学氧化法主要用于处理含氰电镀废水，电解过程中向废水中加入氯化钠作为助剂，电解过程中产生氧化剂氯气和次氯酸盐，可处理氰化物质量浓度不超过500mg/L的电镀废水。相比较而言，直接电化学氧化法可以处理氰化物质量浓度超过/L的电镀废水。在阳极氧化作用下，氰离子可以转化为氰酸根离子，并根据不同的pH值进一步氧化成不同的产物，如二氧化碳和氮气、铵离子和草酸盐、铵离子和碳酸盐等。

2.1.2 废水样品

从某电镀厂废水池中提取相应废水样品，水质如下：

2.1.3 实验方法

选择间歇式电化学氧化法，电流密度控制为50mA/c㎡，待处理废水体积为200mL，废水温度控制在25℃左右。采用Ti/PbO2-F、Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极作为阳极，阳极规格为3cm×3cm。采用Fe、Ti、石墨电极作为阴极，规格与阳极相同，调整电极间距为0.5cm，然后进行曝气搅拌。试验中可通过阳极、阴极材料、pH值、氯离子质量浓度等来分析研究电镀废水中氰离子及COD的去除效果。

2.2 结果与讨论

2.2.1阳极材料对废水处理的影响

采用Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极为阳极进行3h电解处理，处理后的废水中氰离子浓度为14.76mg/L，COD浓度为159mg/L。采用Ti/PbO2-F电极为阳极进行同样的3h电解，处理后的废水中氰离子浓度为39.73mg/L，COD浓度为172mg/L。对比两种结果，Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极的处理效果优于Ti/PbO2-F电极，主要原因是Ti/PbO2-F电极本身为非活性电极，活性电位较高，而Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极为活性电极，在氯气、氧气析出过程中得到广泛的应用。 此外，Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极在降解过程中电池电压较低，因此选择其作为阳极。

2.2.2阴极材料对废水处理性能的影响

采用Fe或Ti作为阴极，电解处理3h，处理后测得废水氰离子浓度分别为27.48mg/L和16.95mg/L，COD浓度分别为170mg/L和176mg/L；采用Pb或石墨作为阴极，电解3h后氰离子浓度分别为28.6mg/L和29.1mg/L，COD浓度分别为181mg/L和197mg/L。对比四种阴极材料发现，除Pb外，其余三种材料的槽压差别不大，其中Fe阴极的槽压最低，说明其降解效果最好，石墨阴极的效果最差。在相关研究中，Meier K以IrO2-Pt/Ti电极为阳极，以Fe、Cu、Ti等为阴极，分析了它们对硝酸盐还原的影响。 结果表明，按去除率从低到高的顺序排列，如Ti、Cu、Fe，金属电极的电导率可直接决定处理物在电极上获得电子的能力。阴极材料的活性越强，电解过程中到达阴极的电子越容易被释放，生成还原性较强的原子氢。因此，本文选择Fe作为阴极材料。

2.2.3 pH值对废水处理效果的影响

不同的pH值对废水处理效果有不同的影响。当pH值为8时，电解3小时后氰离子的质量浓度为22.86mg/L；当pH值为10时，电解3小时后氰离子的质量浓度为14.76mg/L；当pH值为12时，电解3小时后氰离子的质量浓度为27.40mg/L。对比三种不同的结果可知，当pH值为10时，降解效果最好，对氰离子和COD均能达到最高的去除率，能耗也较低。因此，采用电化学氧化法处理含氰废水时，应尽可能选择碱性环境，pH值偏低会影响氯对氰离子的氧化。 另外，阳极表面OH-的放电，会随着降解过程的深入，导致阳极pH值逐渐降低，当pH值降至酸性（7以下）时，废水处理过程中会释放出剧毒的氢氰酸气体，对周围环境造成污染。而pH值过高，会对电极造成腐蚀，也会影响降解效果，此时pH值可控制在10左右。

2.2.4 氯离子对废水处理的影响

不添加氯化钠时，电解3小时后，氰离子质量浓度为4.41mg/L，COD质量浓度为250mg/L；添加0.5g/L氯化钠，电解3小时后，氰离子质量浓度为1.90mg/L，COD质量浓度为214mg/L；添加1.0g/L氯化钠，电解3小时后，氰离子质量浓度为0.15mg/L，COD质量浓度为154mg/L。可以明显看出，添加氯离子后，氰离子和COD的去除效率都有所提高。之所以如此，主要是因为电化学反应本身比较复杂，加入氯离子后，不仅在电极表面会发生直接电化学氧化，而且Cl-/Cl2或Cl-/ClO-之间还会发生间接电化学氧化。 当溶液中Cl-的质量浓度足够高时，在电化学氧化过程中会产生Cl2和ClO-，这些产物有助于降低废水中COD的质量浓度。基于此，当Cl-质量浓度较高时，COD也会有较高的去除率。相关研究文献指出，如果溶液中Cl-质量浓度达到CN-的3-5倍，氰离子和COD均能达到较高的去除率。加入氯离子后，电解液的电导率会提高，槽压的降低有利于降低能耗。

3 结论

综上所述，在污水处理中，含氰电镀废水的处理非常重要，一旦处理技术选择不当，可能会影响整体的处理效果，造成严重的水污染问题。采用电化学氧化法处理含氰电镀废水，可以保证处理后的废水达到排放标准。但在技术应用过程中，应明确工艺条件对处理效果的影响，并进行相应的调整和优化，确保处理效果能够达到最佳。