聯(lián)合法處理電鍍鎘廢水的研究

更新時(shí)間：2012-01-05 13:19 來源：作者: 閱讀：2246

電池、電鍍、合金、油漆和塑料等的工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)使用大量的鎘金屬，產(chǎn)生大量鎘廢水。同時(shí)近年來的數(shù)據(jù)也表明鎘的毒性非常大，可在人、魚和植物體內(nèi)蓄積，是致癌的物質(zhì)之一。我國和日本都曾經(jīng)出現(xiàn)過污染區(qū)鎘中毒的情況。含鎘廢水在排放前必須進(jìn)行處理，以達(dá)到排放的要求，避免污染中毒事件的發(fā)生。處理鎘廢水的方法大致分為以下幾類:石灰中和法，缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，受制約因素多;化學(xué)沉淀法，具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其沉淀渣難以處理，會(huì)造成二次污染，很難達(dá)到綠色環(huán)保的要求;離子交換法，該法受樹脂的吸附容量限制，適用于處理含鎘濃度低的廢水，且樹脂易于中毒，但處理成本偏高;吸附法，處理含鎘廢水適用范圍廣，不會(huì)造成二次污染，但吸附劑往往對(duì)鎘離子的吸附選擇性不高;生化法，缺點(diǎn)是技術(shù)尚不完善，處理范圍有限;氧化還原法，缺點(diǎn)是消耗較多的化學(xué)藥品和原材料，費(fèi)用較高，操作復(fù)雜，且存在二次污染問題。此外現(xiàn)在備受關(guān)注的方法有電解法、光觸媒法，此兩種方法可以將廢水降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單有機(jī)物，常溫常壓下進(jìn)行反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但電解法適用于鎘含量大的廢水處理，缺點(diǎn)在于電流效率偏低、能耗大;光觸媒法的缺點(diǎn)在于處理成本較高。本試驗(yàn)使用電解法與光觸媒法的聯(lián)合處理方法(以下略稱聯(lián)合法)對(duì)鎘與有機(jī)物形成的絡(luò)合物廢水進(jìn)行處理。它利用電解法電極產(chǎn)生的氧氣參加光觸媒反應(yīng)，這樣可以有效地節(jié)省成本。

1·實(shí)驗(yàn)原理和方法

1．1 實(shí)驗(yàn)原理

電解槽中發(fā)生如下反應(yīng):在電極的作用下，廢水中的金屬離子直接還原為單質(zhì)金屬;同時(shí)有氧氣生成。2Cd2++4e→2Cd

光觸媒(二氧化鈦)在日光紫外線照射作用下，電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子與空穴。電子與空氣中的氧反應(yīng)生成超氧負(fù)離子，空穴與表面吸附的水或OH－反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基·OH。高活性的羥基具有分解所有有機(jī)物和部分無機(jī)物的能力。

1．2 模擬廢水的配置方法

實(shí)驗(yàn)的廢水是根據(jù)研究目的自制的模擬廢水。重金屬為二價(jià)鎘離子，含量為50mg/L。有機(jī)物為鄰苯二酚，乙二胺，乙二胺四乙酸，含量為100mg/L，分別與鎘離子配成廢液備用。

1．3 聯(lián)合法試驗(yàn)方法

首先測(cè)定工藝廢水中的TOC濃度，然后將500mL廢液放入電解槽中，插入電極，加入TiO2粉末。改變電流強(qiáng)度及TiO2粉末的添加量，并延長(zhǎng)酸化時(shí)間。間隔三十分鐘測(cè)定電解槽中水的TOC濃度。并把處理后廢水的TOC濃度與原廢液中TOC濃度相比，得到TOC的除去率。

1．4 試驗(yàn)裝置

在電解酸化裝置中，電極的陽極采用Pt/Ti復(fù)合電極，陰極采用的是Ti電級(jí)，電解質(zhì)為0．1moL/LK2SO4溶液。同時(shí)在電解槽上方設(shè)有紫外光照射裝置。

廢水中總有機(jī)碳素的濃度(以下略記作TOC)用總有機(jī)碳素測(cè)定儀(TOC900上海而立環(huán)保有限公司)進(jìn)行測(cè)定。處理后的廢液經(jīng)過0．45μm濾紙過濾后，用LC1000型液相色譜儀(山東魯南瑞虹化工儀器有限公司)來測(cè)定其生成物的成分。

2·結(jié)果與分析

鎘與鄰苯二酚的生成的絡(luò)合物(本文略作Cd-Cate)，鎘與乙二胺生成的絡(luò)合物(本文略作Cd-En)，鎘與乙二胺四乙酸生成的絡(luò)合物(本文略作Cd-Edta)。

2．1 電解法、光觸媒法、聯(lián)合法處理結(jié)果的比較

圖1為采用不同方法對(duì)Cd-En廢液處理后得到的TOC除去率曲線。

由圖1可以看出，使用聯(lián)合法處理的廢水，在酸化時(shí)間達(dá)到3．5h時(shí)，TOC的除去率可以達(dá)到90%左右，與電解法、光觸媒法相比，TOC的最大除去率提高了30%以上，這說明聯(lián)合法優(yōu)于其他兩種方法。三種方法的工藝參數(shù)分別是電解法:電流密度是80mA/cm2;光觸媒法:TiO2添加量為2．0g;聯(lián)合法:電流密度是80mA/cm2、TiO2添加量為2．0g。

2．2 聯(lián)合法處理廢液最佳工藝參數(shù)的確定

2．2．1 酸化時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

圖2為酸化時(shí)間與TOC除去率的關(guān)系曲線。

由圖2可以看出，在三種廢液中，TOC除去率隨著酸化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。在酸化時(shí)間為3．5h時(shí)，除去率達(dá)到了最大值(為92%，93%及95%)。在這之后延長(zhǎng)酸化時(shí)間，除去率保持不變。說明3．5h是酸化時(shí)間的最佳點(diǎn)。

2．2．2 觸媒添加量對(duì)結(jié)果的影響

圖3是光觸媒的添加量與TOC除去率的關(guān)系曲線。

由圖3可以看出，對(duì)于三種廢液，TOC除去率隨著光觸媒添加量的增加而增大。但在2．0g時(shí)TOC除去率達(dá)到了最大值，之后如果繼續(xù)添加光觸媒，除去率基本不變，說明2．0gTiO2是最佳添加量，過量添加時(shí)沒有意義。

同時(shí)可以看出，加入0．25g的TiO2時(shí)，Cu-Ed-ta廢液中TOC除去率達(dá)到了70%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cd-Cate(TOC除去率為30%)和Cd-En廢液(TOC除去率為40%)。這是因?yàn)榻j(luò)合物的結(jié)構(gòu)不同所引起的:Cd-Cate廢液和Cd-En廢液中，絡(luò)合物整體顯示的是中心金屬的正電荷;而Cd-Edta廢液中絡(luò)合物顯示的是配位體的負(fù)電荷，它很容易被高活性的羥基酸化，所以少量的TiO2就可使Cd-Edta廢液分解，使TOC的除去率迅速上升。

2．2．3 電流密度對(duì)結(jié)果的影響

圖4為電流密度與TOC除去率的關(guān)系曲線。

由圖4可以看出，增加電流密度，TOC除去率也隨之增大。但在電流密度為80mA/cm2時(shí)，TOC的除去率可達(dá)到96%，這之后繼續(xù)增大電流密度，TOC除去率保持不變。說明80mA/cm2已是最佳電流密度。

2．3 生成產(chǎn)物的確認(rèn)

圖5、圖6、圖7是在電流密度80mA/cm2、TiO2的添加量為2．0g、酸化時(shí)間為3．5h的處理?xiàng)l件下，各種廢液的生成物濃度曲線。

從圖5可以看出，鄰苯二酚廢液處理后可得到酒石酸，乙酸，乙二酸，丙二酸，丁二酸，甲酸，乙醇酸等各種產(chǎn)物。各種生成物濃度在酸化時(shí)間進(jìn)行至0．5～2h達(dá)到最高點(diǎn)，之后生成物濃度逐漸降低。當(dāng)酸化時(shí)間達(dá)到2．5h后，各種生成物的濃度低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978－1996)，可以排放。

從圖6可以看出，乙二胺廢液生成了少量的乙酸和酒石酸，甲醛。各種生成物濃度在酸化反應(yīng)進(jìn)行至0．5～1h時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，然后隨著酸化時(shí)間的延長(zhǎng)濃度逐漸降低。當(dāng)酸化時(shí)間達(dá)到2．5h后，生成物的濃度低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978－1996)，可以排放。

從圖7可以看出，乙二胺四乙酸廢液是生成了乙二胺乙酸，亞氨基二乙酸，甲醛。各種生成物濃度在酸化時(shí)間進(jìn)行至0．5～1．5h達(dá)到最高點(diǎn)，之后生成物濃度逐漸降低。當(dāng)酸化時(shí)間達(dá)到2．0h后，生成物的濃度低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978－1996)，可以排放。

3·結(jié)論

1)對(duì)于含鎘廢液，用聯(lián)合法進(jìn)行處理與使用電解酸化法或光觸媒法相比，可以提高廢液中總有機(jī)碳除去率。

2)使用聯(lián)合處法處理三種含鎘廢液，本試驗(yàn)得出的最佳處理工藝參數(shù)是:電流密度為80mA/cm2、TiO2的添加量是2．0g、酸化時(shí)間3．5h。在此條件下，TOC的除去率可達(dá)96%以上。

3)廢液酸化處理后生成物的主要成分是各種小分子酸類物質(zhì)。雖然小分子酸的濃度在酸化2．5h左右就低于排水標(biāo)準(zhǔn)，可以排放，但為了達(dá)到最好的處理結(jié)果，廢液的酸化時(shí)間依然需要3．5h。

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