電鍍行業(yè)中使用的重金屬只有30%~40%被吸附到鍍件上，而其余的則以離子的形式溶解在水中形成電鍍廢水。電鍍廢水中因含六價(jià)鉻、總鉻、鎳、鎘、銀、鉛和汞等重金屬及氰化物而成為生態(tài)環(huán)境污染的主因之一。

　　而電鍍廢水中絕大部分為含鉻廢水，當前各工廠(chǎng)主要的處理方法仍然采用還原法或者鐵碳內電解法，因此尋找一種新的處理工藝降低運行成本、減少勞動(dòng)強度十分必要。

　　一、概述

　　1.1 原有工藝

　　中國兵器裝備集團有限公司下屬的某保密單位，原有電鍍廢水處理裝置處理流程：含鉻廢水首先流人調節池，通過(guò)栗泵入鐵碳內電解設備充分反應。出水在反應池調節pH值后流入斜管沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液經(jīng)砂濾池過(guò)濾后回用于電鍍生產(chǎn)線(xiàn)。電鍍廢水處理裝置工藝流程見(jiàn)圖1。

　　1.2 存在問(wèn)題

　　(1)藥劑消耗量大。需要消耗大量的酸和FeSO4•7H20等化學(xué)藥劑，且進(jìn)水水質(zhì)變化后，難以保證穩定的處理效果。

　　(2)表面鈍化和鐵屑板結。內電解法處理電鍍廢水時(shí)，在鐵屑的表面會(huì )形成一層鈍化膜。這層膜阻斷了水中的重金屬與鐵屑的接觸，從而影響出水效果。鐵碳床工作時(shí)會(huì )板結成為一個(gè)整體，出現溝流現象，影響出水水質(zhì)。且鐵碳內電解設備底部的鐵屑壓實(shí)作用過(guò)大，更易結塊，需要經(jīng)常反沖洗。

　　(3)廢渣處理。內電解處理重金屬廢水是在酸性條件下進(jìn)行的，出水在加堿中和時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量沉淀物，增加了后面沉淀池的負擔，而廢渣的產(chǎn)生也增加了危廢處理成本。

　　(4)勞動(dòng)強度大。目前采用的填料主要是粒狀混合填料，該填料需要定期的補充與更換，需消耗大量的人工成本。

　　二、工藝技術(shù)原理

　　2.1 常用處理方法介紹

　　(1)還原技術(shù)。

　　六價(jià)鉻廢水的pH值一般為4〜6，通常先用硫酸將pH值調到2.5，再添加亞硫酸鹽，ORP值宜控制在230〜270mV，反應時(shí)間宜控制在20〜30min，先將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，然后調pH值至堿性，生產(chǎn)氫氧化物沉淀。

　　(2)內電解技術(shù)。反應池內先用硫酸將含鉻廢水pH值調節在2〜4之間，池內放置鐵屑、活性炭填料，池底設布水系統一套，采用升流式布水，并設置曝氣系統一套。內電解反應池出水用堿調節pH值為8〜9，流入斜管沉淀池進(jìn)行泥水分離。

　　(3)電絮凝技術(shù)。含鉻廢水通過(guò)化學(xué)電解反應，使所有重金屬物質(zhì)從水中分離出來(lái)，形成易沉降的絮體物質(zhì)。該系統利用電流作用，產(chǎn)生多核羥基絡(luò )合物以及氫氧化物等絮凝體，和廢水中污染懸浮物及膠體形成絮體，使廢水中重金屬離子得到去除。

　　2.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　考慮到膜法和生物法處理重金屬的缺點(diǎn)，本改造項目對這兩種工藝方法不予考慮。下面重點(diǎn)就鐵碳內電解法、高頻脈沖電絮凝法和化學(xué)還原法進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較。詳見(jiàn)表1

　　通過(guò)上表比較，決定選用高頻脈沖電絮凝工藝對原內電解工藝進(jìn)行改造，以實(shí)現含鉻廢水的穩定處理降低勞動(dòng)強度，節約運行成本。

　　2.3 電絮凝的技術(shù)原理

　　電絮凝原理是對間距為1〜5cm之間的廢水，通過(guò)外電場(chǎng)作用迫使可溶性金屬陽(yáng)極氧化溶解，生成大量金屬陽(yáng)離子，而陰極板附近的氫離子還原，產(chǎn)生大量氫氧根離子。當陽(yáng)極溶解的金屬離子與陰極產(chǎn)生的氫氧根離子接觸時(shí)，反應生成的物質(zhì)可吸附凝聚水中的污染物質(zhì)，以達到去除水中污染物的目的。如圖1所示。

　　過(guò)程中將會(huì )發(fā)生4種反應：電解氧化、電解還原、電解絮凝、電解氣浮。

　　(1)電解氧化機理。電解氧化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行著(zhù)直接與間接氧化；直接氧化：污染物直接在陽(yáng)極失去電子而發(fā)生氧化；間接氧化：利用溶液中的電極電勢較低的陰離子，如OH-、Cl-在陽(yáng)極失去電子后會(huì )生成新的氧化性較強的活性物質(zhì)等，這些活性物質(zhì)能使污染物失去電子，起到氧化分解作用，以降低水中的bod5、氨氮等。

　　(2)電解還原機理。電解還原過(guò)程同時(shí)進(jìn)行著(zhù)直接與間接還原。直接還原：污染物直接在陰極上得到電子而發(fā)生還原作用。間接還原：污染物中的陽(yáng)離子首先在陰極得到電子，使得電解質(zhì)中高價(jià)或低價(jià)金屬陽(yáng)離子在陰極得到電子直接被還原為低價(jià)陽(yáng)離子或金屬沉淀。

　　如含鉻廢水中六價(jià)鉻的還原，即發(fā)生直接還原，也發(fā)生間接還原。

　　六價(jià)鉻的直接還原：

　　六價(jià)鉻的間接還原：

　　(3)電解絮凝?？扇苄躁?yáng)極(通常為鋁或鐵)通入直流電后，陽(yáng)極失去電子形成金屬陽(yáng)離子，與溶液中的0H-生成金屬氫氧化物(Al(OH)3、Fe(OH)3)，吸附能力極強，將廢水中的污染物質(zhì)吸附共同沉淀而去除。

　　(4)電解氣浮。電解氣浮本質(zhì)就是電解水反應。當電壓達到水的分解電壓時(shí)，在陰極和陽(yáng)極上分別析出氫氣和氧氣。氣泡尺寸很小，分散度高，作為載體黏附水中的懸浮固體而上浮，這樣很容易將污染物質(zhì)去除。

　　與傳統的加壓氣浮相比，氣泡的尺寸更小，比表面積更大，對懸浮物的吸附浮載能力更強，浮升條件更好。

　　三、調試與運行

　　3.1 初始pH值對處理效果的影響

　　技術(shù)改造采購的設備為高頻脈沖電絮凝一體設備，處理能力為20m3/h，電極材料為鐵板，共450塊，正/負向自動(dòng)切換時(shí)間為60min。在極板間距為3cm，電流20mA/cm2的條件下，考察初始pH值對電絮凝處理效果的影響，結果如圖2所示。

　　初始pH值對Cr(VI)和總鉻的去除率均有影響。從圖1可知：在初始pH值從2到6的過(guò)程中，Cr(VI)的去除率不斷降低，這是因為在酸性條件下，Cr(VI)首先在陰極得到電子直接被還原為cr(Ⅲ)隨著(zhù)pH值的升髙，Cr(VI)得到電子的反應速率不斷下降。另一方面，在初始pH值從2到6的過(guò)程中，總鉻的去除率不斷升高，這是因為陽(yáng)極所產(chǎn)生的Fe2+會(huì )形成聚合物，隨著(zhù)pH值的升高氫氧化物的絮凝體越多，這些Fe2+的氫氧化物可以通過(guò)吸附架橋、沉淀網(wǎng)捕的作用去除廢水中的總鉻。通過(guò)以上分析可知，去除Cr(VI)和總鉻的最佳初始pH值為6。

　　3.2 電流密度對處理效果的影響

　　在極板間距為3cm，初始pH值為6的條件下，電流密度變化范圍為5〜23mA/cm2條件下的試驗結果如圖3所示。

　　由圖3可知：隨著(zhù)電流密度從5mA/cm2增至20mA/cm2時(shí)，去除Cr(VI)的效果隨之提髙。主要是因為增加電流密度會(huì )使廢水中的混凝離子以及廢水中的氣體增加，從而提高反應速率。另外，電流密度增加，電極反應速度加快，促使陰極H2氣泡的產(chǎn)生量增加，提高了體系氣浮的效果，有利于提高廢水中Cr(VI)的去除率。然而，當電流密度從20mA/cm2增加至23mA/Cm2時(shí)，廢水中Cr(VI)的去除率略有下降。這是因為電流密度過(guò)大加速了電極的極化和鈍化，引起了不必要的副反應(如陽(yáng)極區形成的氧化鐵復合物覆蓋在陽(yáng)極表面)，阻止電解反應的進(jìn)行，影響了絮凝劑的生成，絮凝效果下降。另外，電流密度大則陰極產(chǎn)生的氫氣更多，氣浮作用增大，故加劇了氣泡對絮凝體沖撞，對絮凝體有剪切作用，從而導致絮凝效果下降。因此，該設備最佳的電流密度為20mA/cm2。

　　3.3 極板間距對處理效果的影響

　　最后，考察了電解工藝條件下極板間距對Cr(VI)和總鉻去除的影響，在初始pH值為6的條件下，電流密度在20mA/cm2條件下的試驗結果如圖4所示。

　　電極的間距直接影響到陰極和陽(yáng)極間電壓的大小，進(jìn)而影響到電化學(xué)極化的大小。由圖5可知：當電極間距從2cm增加到6cm時(shí)，Cr(VI)和總鉻的去除率均下降。這是因為離子遷移距離逐漸增加，遷移阻力增大容易造成濃度極差化，電流用來(lái)克服阻力導致利用較低，處理效果較差。極板間的間距越大，電壓和電耗就會(huì )越高。間距小時(shí)，陰極區產(chǎn)生的氣體所形成的氣泡使在陽(yáng)極形成的復合物迅速上浮，導致電極反應加快、加速陽(yáng)極的鐵進(jìn)一步溶解，使Cr(VI)和總鉻取得較好的去除率。因此，該設備最佳的極板間距為2cm。

　　四、結論與建議

　　(1)采用髙壓脈沖電絮凝技術(shù)處理含鉻廢水效果顯著(zhù)，處理后的廢水用石灰調節pH值，經(jīng)沉淀后廢水中的Cr(VI)和總鉻的去除率分別達到99%和98%以上，滿(mǎn)足《電鍍污染物排放標準》(GB21900-2008)標準。

　　(2)結合調試和實(shí)際運行，本高壓脈沖電絮凝設備處理含鉻廢水的最佳工藝條件為：初始pH值為6，電流密度為20mA/cm2，電極板間距為2cm。該設備運行穩定、占地面積小，且能和其它廢水處理工藝或處理技術(shù)靈活組合，能夠大大節約改造成本，值得推廣。

　　(3)高壓脈沖電絮凝設備采用鐵板作為電極材料，但是它在反應過(guò)程中極易溶解。因此，尋找一種新型耐溶解電極是解決這一問(wèn)題的有效方法。

　　(4)單一使用電絮凝設備有時(shí)可能達不到處理標準或處理費用較高。因此可開(kāi)發(fā)一種價(jià)廉高效，與電絮凝技術(shù)優(yōu)勢互補的復合技術(shù)，結合各工藝的優(yōu)點(diǎn)，揚長(cháng)避短，進(jìn)一步提升處理效果，擴大應用范圍。( >

如需要產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)，請撥打服務(wù)熱線(xiàn)：13659219533
選擇陜西博泰達水處理科技有限公司，你永遠值得信賴(lài)的產(chǎn)品！
了解更多，請點(diǎn)擊www.lishizhenys.com