含铬废水的处理方法综述

含铬废水的处理方法综述牛晓霞

作者单位:洛阳大学环境与化学工程系,河南省洛阳市,471000

收稿日期:1999208201

摘　要　总结了含铬废水的9种处理方法,并对它们的原理、工艺流程、优缺点等进行了详细评述,以供厂家在治理此类废水时参考.

关键词　含铬废水,处理方法,比较

分类号　X703

0　引　言重金属铬是一类有害物质,能在环境及人体中积累并对人体产生长远的不良影响,因此,处理含铬废水就显得尤为重要.

目前,含铬废水的处理一般是将G r 6+还原成Cr 3+,在水中形成Cr (OH )3沉淀而除去.含铬废水的处理方法按废水的是否回收利用可分为二类:一类是只处理含铬废水,使其达到排放标准.如化学还原法、电解法、S O 2还原法等.另一类是废水可回收利用,有的还可回收铬酸.如钡盐法、离子交换法、铁屑过滤法、活性炭吸附法等.现将各种方法分述、比较,供选择使用.

1　方法综述

1.1　FeS O 42石灰法

FeS O 42石灰法处理含铬废水是一种成熟的方法,适用于含铬浓度大的废水.优点是药剂来源容易,方法简单,处理效果好;缺点是占地面积大,污泥体积大,出水色度高,适用于小厂.其反应原理为:

(1)酸化还原(pH 2～3)

6FeS O 4+2H 2Cr 2O 7+6H 2S O 4=3Fe 2(S O 4)3+Cr 2(S O 4)3+7H 2O.

(2)碱化沉淀(pH 8.5～9.0)

Cr 2(S O 4)3+3Ca (OH )2=2Cr (OH )3↓+3CaS O 4.

其主要工艺设计参数为:

a.废水含六价铬50～100mg/L ;

b.还原剂用量Cr 6+∶FeS O 4・7H 2O =1∶25～1∶30;

c.反应时间不小于30min.

1.2　S O 2还原法

此法设备简单,投资少,操作方便.缺点是设备易腐蚀,S O 2气体密闭不好时,对操第14卷第4期1999年12月 洛阳大学学报JOURNA L OF LUOY ANG UNI VERSITY V ol.14N o.4Dec.　1999

作人员有影响.此法只能在S O 2气体有来源时才能使用.其反应原理为:

3S O 2+Cr 2O 72-+2H +=Cr 3++3S O 42-+H 2O ,

Cr 3++3OH -=Cr (OH )3↓.

工艺流程如图1所示

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图1　S O 2还原法工艺流程图

1.3　电解法

用电解法处理含铬废水,优点是效果稳定可靠,操作管理简单,设备占地面积小,废水中的重金属离子也能通过电解有所降低.缺点是耗电量较大,消耗钢板,运行费用较高,沉渣综合利用等问题有待进一步解决.

反应以普通钢板做阴阳极,板间距越小,处理废水所耗电能越少.在废水中投加食盐可以增加电导率,减少电耗.但当采用小极距(20mm 以下),处理低浓度废水时(含铬50mg/L 以下),可以不加食盐.根据我国某厂的经验,当极板间距为20～30mm ,水极比3～2分米2/升,食盐投加量为0.5～2.09g/L 时,将含铬浓度为50～100mg/L 的废水处理到符合排放标准,电耗分别为0.5～1.0千瓦时/米3水到1～2千瓦时/米3水.

为了加速电解反应,防止沉渣在电解槽中淤积,一般采用压缩空气搅拌.含铬废水电解过程中产生的沉渣,主要成份是三价铁和三价铬,沉渣数量及其中所含金属铬比例,与电解过程中是否过电流运行有关,采用过电流运行时,沉渣量较大,所含金属铬比例较小.其电解反应为:

Fe -2e =Fe 2+,

Cr 2O 72-+6Fe 2++4H +=2Cr 3++6Fe 3++7H 2O ,

CrO 42-+3Fe 2++8H +=Cr 3++3Fe 3++4H 2O.

随着废水中H +的消耗,[OH -]升高,pH 升高,Cr (OH )3沉淀析出.工艺流程如图2所示

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04・ 洛阳大学学报 1999

1.4　铁氧体法

此法投资少,设备简单,污泥可综合利用.污泥可作矽钢片、粉末冶金、铸石、抗干扰材料等.

在含铬废水中,投加FeS O 4,使Cr 6+→Cr 3+,再加碱,通空气,加热至60～80℃,较长时间曝气充氧后,使Cr 3+成为铁氧体的组成部分,并转化成类似尖晶石结构的铁氧体晶体而沉淀.进入晶格后的Cr 3+极为稳定,在自然条件下或酸性、碱性条件下不为水所溶出,因而不会造成二次污染,从而便于污泥处理.具体反应为:

Cr 2O 72-+6Fe 2++14H +=2Cr 3++6Fe 3++7H 2O ,

Fe 2++Fe 3++Cr 3++O 2=Fe 3+[Fe 2+Cr 3+x Fe 2+1-x ]O 4.

工艺流程如图3所示

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图3　铁氧体法的工艺流程图

1.5　钡盐法

这种方法主要用于处理含Cr 6+的废水,工艺简单,效果好.通过石膏除钡池后,废水可回用,还可回收铬酸,复生BaC O 3.缺点是药剂来源比较困难,用于水渣分离的微孔材料加工比较复杂,污泥中含有Cr 6+,必须综合利用,可作为回收铬酸,冶炼金属或做抛光材料用.反应为:

BaC O 3+H 2CrO 4=BaCrO 4↓+H 2O ,

Ba 2++CaS O 4=BaS O 4↓+Ca 2+.

反应中为了提高除铬效果,应投加过量的钡盐,反应时间25～30min ,过量的钡盐用石膏法去除.工艺流程如图4所示

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14・第4期 牛晓霞:含铬废水的处理方法综述

1.6　离子交换法

该法适于处理浓度不太高的含铬废水,处理效果好,废水可回用,并可回收铬酸.但工艺较为复杂,且使用的树脂不同,工艺也不同.一次投资较大,占地面积大,运行费用高,适于大厂.原理为:用阴离子交换树脂去除Cr 2O 72-或CrO 42-:

2ROH +CrO 42-

R 2CrO 4+2OH -, 2ROH +Cr 2O 72-

R 2Cr 2O 7+2OH -.树脂失效后,用NaOH 将树脂再生: R 2Cr 2O 7+4NaOH

ROH +2Na 2CrO 4+H 2O.阴树脂的洗脱液再经一级H 型阳离子交换进行脱钠,即得铬酸:

4ROH +2Na 2CrO 4RNa +H 2Cr 2O 7+H 2O ,再用阳离子交换树脂去除Cr 3+、Fe 3+、Cu 2+等,可使废水回用于生产.这种除铬和回收铬酸的方法是成熟可行的,张家口通用机械厂批量生产的BL 21型离子交换除铬装置就是该法在生产实际中的成功应用.

1.7　活性炭吸附法

此法设备简单,占地面积小,操作容易,效果稳定.回收铬方法简单.处理后废水可循环使用,活性炭消耗少,可再生使用等.活性炭的再生较麻烦,再生方法、工艺流程等需进一步改进,关于活性炭对Cr 6+的去除机理尚在探讨之中.

1.8　铁屑过滤法

使含铬废水在酸性条件(pH =3～5)下,通过1.5米高、粒径20～60目的铁屑过滤柱,当滤速为3米/时,出水总铬为0.2mg/L ,交换容量为6～8g/L ,运行费用仅0.24元/吨水.此法流程外,设备简单,运行费用低,而且以废铁屑为原料,可达到以废治废的目的.其原理如下.

当含铬废水在酸性条件下进入铁屑滤柱后,Fe 放出电子,产生Fe 2+,发生如下反应: Cr 2O 72-+14H ++6Fe 2+2Cr 3++6Fe 3++7H 2O ,

随着反应的进行,H +大量消耗,OH -浓度增高,达到一定浓度时,产生Cr (OH )3和Fe (OH )3的沉淀.Fe (OH )3具有凝聚作用,将Cr (OH )3吸附凝聚在一起,当其通过铁屑滤柱时,即被截留在铁屑孔隙中,这就使废水中的Cr 6+和Cr 3+离子同时被除掉,达到排放标准.

当铁屑吸附饱和,丧失还原能力后,可用酸或碱再生,使Cr (OH )3重新溶解于再生液中:

Cr (OH )3+3H +

Cr 3++3H 2O , Cr (OH )3+NaOH NaCrO 2+2H 2O.

如用5%盐酸作再生液,再生后的残液中含有剩余酸及大量Fe 2+,可用来调整原水的pH 及还原Cr 6+,节省运行费用.

若将铁屑换成铸铁屑,在处理废水时,由于形成大量微电池的缘故,效果更佳.且交换剂不需再生,吸附饱和后,只需用自来水经短时反冲洗即可恢复还原能力,以下是洛阳市某大厂环保部门的监测结果(以Cr 6+计,如表1所示)

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24・ 洛阳大学学报 1999