电解法处理含 Cr(Ⅵ)废水的研究：阴阳极间距等因素对去除率的影响

电解法处理含 Cr(Ⅵ)废水的研究：阴阳极间距等因素对去除率的影响

2009年9月2日第9卷第2期 安全与环境学报 2009年9期 文章号：1009-6094(2009)02-0037-03 电解处理含铬废水的研究：雷迎春（太原工学院环境与安全工程系，太原）摘要：采用电解法处理质量浓度为20 mg/L的Cr(VI)废水，研究了阴阳距离、电解电压、电解时间、加入试剂、阴阳面积比、pH值和温度对去除率的影响。结果表明，当阳极表面附着一层非导电的Cr(OH)膜时，阳极电阻会增加，电解反应阻抗会增加，去除率会降低。电解反应产生的H2有搅拌作用，使Cr(OH)3膜不易附着，可减弱膜的不利影响；因此，阳极与阴极的最小距离、最大电解电压、中间电解时间均能提高去除率。最佳工艺条件为：阴极与阳极距离4~，电解电压2.4V，电解时间45min，NaCl添加量2.5g/L，阴阳极面积比5:1，废水pH值为9.0，温度为25℃。最佳工艺条件下Cr(VI)去除率为99.80%。关键词：环境工程；电解处理；含铬废水；去除率文献编号：Adoi: 10.3969/j. issn. 1009.6094.2009.02.0100 引言 镀铬层性能优良，具有三大优点：1）极高的硬度和耐磨性，镀在工件表面可提高其耐磨性，延长使用寿命；2）耐腐蚀，可提高镀件的耐腐蚀性能；3）作为防护性和装饰性镀铬层，广泛应用于汽车、自行车、家用电器、日用五金制品、仪器仪表等行业。

但镀铬废水中含有大量的Cr(VI)，处理起来比较困难，限制了镀铬的应用。国内外对镀铬废水的处理经历了化学法、离子交换法、浮选法、生物法等几个阶段[9-11]，有效地控制了电镀工业的水污染。但这些方法存在工艺复杂、投资费用高、需投加化学药剂、污泥量大、处理成本高等缺点。针对以上问题，本文研究了电解法处理含铬废水，采用电解方法处理碱性含铬废水，将Cr(VI)还原为CP，再以Cr(OH)沉淀的形式去除Cr(VI)。 1 实验 1.1 原理 电解含铬废水时，阳极反应为：·20H一=H20+2e+O（1）O+0=O2（2） 阴极反应为：cr2c一+6e+7H20=2cr3+14OH一（3）20H一+e=H+HEO（4）H+H=H2（5）cr3+3OH一=Cr(OH)3（6） 其中，反应（1）、（3）、（4）为主要反应。影响整个电解反应的因素有电解电压、阳极与阴极之间的距离、温度、电解时间等。*收稿日期：2008-09-10作者简介：雷迎春，讲师，从事水污染控制研究，@o1.2仪器电解池采用有机玻璃制成，不溶性阳极采用18-8不锈钢，阴极材料为A3钢。主要仪器：实验室用双向输出电源；HH.S11-4数显电动恒温水浴锅，721分光光度计等。

1.3 水样含铬废水大部分来自电镀行业，Cr(VI)质量浓度为10～500 mg/L，具体指标与各电镀企业工艺水平有直接关系，且含有少量其他金属离子，一般在20 mg/L以下。根据国家《污水综合排放标准》（1996年）[123，Cr(VI)最高允许排放质量浓度为0.5 mL。处理Cr(VI)时其他金属离子基本能被去除，对电解除铬工艺没有影响。另外，各类研究均以高浓度Cr(VI)溶液为试验对象，因此Cr(VI)浓度主要作为对照和参考。本文采用模拟废水，以(分析纯)和蒸馏水配制，Cr(VI)质量浓度为20 mL。 1.4 方法采用二苯碳酰二肼分光光度法测定废水中Cr(VI)的质量浓度。采用正交设计表L1(3)设计电解工艺条件及添加剂，影响因素及添加量列于表1。辅助电解液中加入K2S04、NaCl，质量浓度均为2.5g/L。2 结果与讨论2.1 正交试验结果正交试验结果见表2。2.2 结果与讨论本次正交试验影响因素较多，用方差分析法测得的试验数据误差过大，因此本文采用极差值分析各因素的作用，排列其影响顺序，进而得到最佳工艺条件。 2.2.1 pH值对含铬废水的影响含铬废水的电极电位为E=Eo=ln[Cr2-][OH-][CP]=0,2.303×1.98T,[Cr20---gKe=14×1g[OH_]_E-/Cr3++7.88X10-6xs+1.（1）pH值较高时，ECry+增大，极化变大，氧化反应不易进行，Cr（VI）的去除率较低；同样，pH值较低时，Cr20-氧化成Cr3-的反应更容易进行。

本文最佳pH值为9.0。2.2.2两电极距离的影响本文含铬废水为稀溶液，电导率较低，电子和·OH的传导电阻较大，两电极距离对处理结果影响很大，缩短阴阳电极距离，可降低传导电阻，加速传质过程，提高Cr(VI)的去除率。本文最佳阴阳电极距离为4mm。2.2.3电解时间的影响当含铬废水中Cr(OH)沉淀较少时，即在电解处理的初始阶段，延长反应时间，可提高去除率。反应时间较长时，阳极表面会附着一层不导电的Cr(OH)膜，使阳极电阻增大，降低其活性，增大电解反应阻抗。反应60 min后浓差极化较强,阳极表面呈黑色,说明阳极表面有高阻附着物。本文选取最佳电解时间为45 min。2.2.4电解电压的影响在碱性介质中,E o~-,c+增大,cr20;氧化反应随电解电压的升高而加速,但Cr(OH)膜的附着力是不可忽视的问题。

电解电压较低,生成的Cr3+浓度较低,Cr(OH)3膜附着力弱,浓差极化弱,去除率高;电解电压较高时,生成的H2的搅拌作用明显,Cr(OH)3膜不易附着,去除率最高;电解电压选取中间值时,搅拌弱,Cr(OH)3膜易附着,浓差极化强,去除率最低。本文最佳电解电压为2.4 V。2.2.5温度的影响E值随温度升高而增大。随着温度的升高，Cr20-VI的氧化加快，可以提高Cr(VI)的去除率，但温度过高时Cr(OH)3膜更容易附着，E-值过大，Cr20-极化变大，阴极活性下降，浓差极化增强，电解反应阻抗增大，去除率降低。本文最佳反应温度为25℃。2.2.6添加剂的影响对于相同浓度的SO4、t%SO4和NaCl溶液，NaCl的离子强度最高，Cl的活性最强，可以明显改善废水的电导率，从而提高去除率，因此本文选择NaCl作为最佳添加剂。2.2.7阴阳面积比的影响阴阳面积比涉及电解槽电流密度的问题。阴极面积较小时，阴极还原电流密度过大，电气线分布不均匀，去除率较低；反之，电流密度过低。

去除率也会较低，本文选定最佳阴阳面积比为5∶1。2.3 优选方案按照极差值，本文对Cr(VI)去除率的影响因素从大到小排序为：阴阳面积比、电解电压、电解时间、加入试剂、阴阳面积比、pH值、温度。按此顺序优选出的工艺条件为F3G2，试验结果如表3所示。由表3可以看出，在优选工艺条件下电解处理较表2中的10个试验方案，电解时间更短，去除率更高，有利于提高处理量，因此本文取此条件为最佳工艺条件，此条件下Cr(VI)的去除率为99.80%。 1 正交设计因素表1 及设计范围3 8 2009-04 雷迎春：电解处理含铬废水研究2009-04 3 结论1）采用电解法处理Cr(VI)浓度为20mg/L的废水，影响去除率的因素从大到小依次为：阴阳距离、电解电压、电解时间、加入试剂、阴阳面积比、pH值、温度。

2)最佳工艺条件为：阴阴极间距4mm，电解电压2.4V，电解时间45min，加入NaCl 2.5L，阴阴极面积比5∶1，废水pH值为9.0，温度为25℃，此时Cr(VI)去除率为99.80%。3)电解法处理含Cr(VI)废水效率高，且工艺环保节能，操作简便易行，有利于推广。[1]曾锐，杜.镀层上含叔胺的去除方法[J].涂料与电镀，2001，3(4)：42-45。[2]裴东波，陆志强，康培松，等。 [3] 陈晓玲. 脱氧对城市环境性能及城市生态影响的研究[J]. 城市与城市(城市环境与城市生态), 2006, 19(2): 25-26. [3] 陈晓玲. 脱氧对城市环境性能及城市生态影响的研究[J]. 西南科技大学学报, 2006, 19(2): 25-26.