膜电解法处理模拟含铬废水

2C r( Ó) + 7H 2 O
CrO4 2- + 4H2 O + 3e
C r( Ó) + 8OH-
2H+ + 2e H 2 {
阳极反应:
4OH -
O2 { + 2H2 O + 4e
根据前期的实验研究, 工艺流程设计如图 1。
收稿: 2009211219
接受: 2010201214
基金项目: 云南省教育厅科学研究基金项目 ( 6Y0081D); 昆明理工大学科学研究启动基金资助项目 (KKZ0200630004)。
作者简介: 沈黎 ( 19752), 女, 云南建水人, 硕士, 工程师, 主要从事材料性能测试和电化学研究 。
# 26#
云南化工
2010年第 1期
图 1 工艺流程设计 F igu re 1 D es ign of the p roduct ion p rocess
先对含铬废水进行预电解处理, 把 Cr( Ö )浓 度降至 50mg/L以下, 然后进行离子膜电解处理, 得到两部分溶液, 一部分是富含 Cr( Ö)的溶液, 可 以回收利用; 一部分是达到国家排放标准 [ Cr( Ö ) 浓度 [ 0. 5 mg/L]的淡水, 可以直接排放。
离子膜电解是电渗析和电解相结合的具有综 合功能特性的技术, 其原理 [ 14, 15] 是在直流 电场作 用下, 离子透过选择性离子交换膜而迁移, 从而使 电 解质离子从溶液中部分分离出来, 同时电解质
离子在电极上发生氧化或还原反应的过程。该方 法以电位差或浓度差为推动 力, 可在较低温度和 常压下操作, 也可避免受热组分降解而混入杂质, 故工艺简单, 无二次污染, 近年来, 该技术在污染 物治理中逐渐兴起。本文采用双膜三极室探讨了 离子膜电解法处理模拟含铬废水的可行性。
12cathode cham ber; 22m iddle cham ber; 32anode cham ber 图 2 离子膜电解装置结构示意图
F igur e 2 D iagram of th e stru ctur e of th e electro ly sis w ith ion - exch an ge film
97. 5
2( 10)
1
2
3
96. 6
wenku.baidu.com
2
2
3
1
88. 7
2
3
1
2
93
3( 50)
1
3
2
95. 46
3
2
1
3
96. 1
3
3
2
1
92. 5
278 278. 06 275. 1 267. 2
278. 3 279. 3 283. 6 282. 96
284. 06 283 281. 66 290. 6
92. 67 92. 69 91. 7 89. 07
4 结论
离子膜电解法处理模拟含铬 废水是可行的。 通过正交实验的极差分析, 4个因素对 Cr( Ö )去 除率影响程度大小顺序为: 处理时间 > 槽电 压 > Cr( Ö)初始浓度 > pH 值。确定了最佳条件为: 处 理时间为 6 h, 槽电压为 2. 5 V, Cr( Ö )初始浓度为 50 mg/L, pH 值为 7。在选定的工艺条件下进行验 证实验, 结果得到该实验条件下, 可以把 Cr( Ö)的 浓度处理到小于 0. 5mg /L, 达到国家排放标准 ( [ 0. 5mg /L)。
表 2 正交试验结果 T ab le 2 R esu lt s of or thogona l test
A 1( 2)
影响因素
B
C
1( 3 ) 1( 1. 5 )
D 1 ( 2)
C r( Ö ) 去除率 /%
86
1
2( 5 ) 2( 2. 5 ) 2 ( 4)
94. 5
1
3( 7 ) 3( 3 ) 3 ( 6)
[ 6 ] 王成雨, 李洋洋, 赵玉华. FeS处理电镀含铬废水的 研究 [ J]. 工业安全与环保, 2008, 34( 2): 18220.
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2. 2 主要试剂 氧化铬、硫酸、硫酸钾 (均为分析纯, 天津化学
试剂厂 ), 二苯磷酰二肼 (分析纯, 上海青浦合成试 剂厂 )。
2. 3 试验方法 2. 3. 1 正交试验设计
根据有关文献资料及研究前期单因素试验结
果, 设计正交实验方案: 选择 Cr( Ö)初始浓度, pH 值, 槽电压, 处理时间作为正交试验中的四个影响 因素, 参照四因素三水平正交表 L9 34 分别选取三 个水平。正交试验因素水平表如表 1所示。
入阴极室, 而
CrO4 2-
、C
r2O
2 7
-
和
SO4 2-
会向阳极迁
移, 通过阴离子交换膜进入阳极室, 阳极室中会有大
量的 CrO42 - 、Cr2 O7 2- 和 SO4 2- , 且浓度越来越高, 则
CrO4 2- 、Cr2 O7 2 在阳极室发生电解还原成 C r(Ó)。
阴极反应:
Cr2 O7 2 - + 14H + + 6e
关键词: 含铬废水; 离子膜电解; 正交实验 中图分类号: X703. 1 文献标识码: A 文章编号: 1004 - 275X ( 2010) 0120025203
铬及其化合物在工业 生产中被广泛应用, 冶 炼、电镀、制革、颜料等行业会产生大量含铬废水。 Cr(Ö)毒性很大, 对机体有致毒和致癌作用, 处理含 铬废水和回收金属铬一直是环保研究的重要内容之 一 [ 1] 。含铬废水的处理方法有多种, 有吸附法 , [ 224] 化学还原法 [ 527] 、电解法[ 8210] 、微生物法 [ 11, 12] 和萃取 法 [ 13] 。目前常用的是化学还原法和电解法, 即: 通 过化学能或电能将 Cr( Ö)还原为 Cr(Ó), 再对 Cr (Ó)进行回收利用。化学还原法一次性投资小、运 行费用低、处理效果好、操作管理简便, 但会产生大 量污泥, 二次污染依然存在。电解法可分为直接电 解法和间接电解法。间接电解法消耗较多电能和钢 材, 产生较多沉渣, 且不宜处理含 Cr( Ö)浓度较高 的废水。另外, 为减少电能消耗, 常把食盐加入废水 中 (用量 1 g /L左右 )来提高导电率, 但同时也增加 了水的含盐量, 使废水不能循环使用。直接电解还 原法有一个突出的优点 ) ) ) 不耗铁, 还原产物比较 单一 [ Cr( OH )3 ], 便于泥渣的回收利用, 但由于该 过程是负离子在阴极上还原, 受对流扩散所控制, 不 容易把废水 中的 Cr( Ö) 浓度处理到 0. 5 mg/L 以 下, 而且电耗也比较高。
物吸附 [ J]. 暨南大学学报, 2005, 26 ( 3): 4012405. [ 12] Kum ar R, B ishno i N R, Garim a, et a.l B iosorpt ion of ch rom ium
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各因素的较佳值分别为: 处理时间为 6h, 槽电 压为 2. 5 V, Cr( Ö)初始浓度为 50 mg/L, pH 值为 7。在选 定的工 艺条件 下进行 验证实 验, 结果 表 明, 在该实验条件下, 可以把 Cr( Ö)的浓度处理到 小于 0. 5 mg/L, 达到国家排放标准 ( [ 0. 5mg/L)。
1 实验原理及工艺流程设计
Cr( Ö)存在形式与溶液中 Cr( Ö)浓度及 pH 值有关。电 镀 废 水 中 Cr ( Ö ) 浓 度 一 般 在 100 mg/L以下, pH 偏酸性。当 pH = 2~ 6时, 溶液中存 在着下列平衡 [ 16] :
在电势梯度的作用下, H + 通过阳离子交换膜进
2010年 02月 第 37卷第 1期
# 探索应用 #
云南化工 Yunnan Chem ical Technology
膜电解法处理模拟含铬废水
Feb. 2010 Vo.l 37, No. 1
沈 黎, 孙 勇, 翁家峰, 胡 劲
(昆明理工大学 材料学院, 云南 昆明 650093)
摘 要: 通过正交试验优化工艺参数, 采用离子膜电解法处理了模拟含铬废水。实验结果表明: 处 理时间为 6 h, 槽电压为 2. 5V, C r( Ö )初始浓度 50 m g/ L, pH 值为 7 时, 可以把 C r(Ö )的浓度处理到小于 0. 5m g /L, 达到国家 排放标准 ( [ 0. 5 m g/ L)。
表 1 正交试验因素水平表 T ab le 1 Tab le of factor level o f orth ogon al test
水平
水平 1 水平 2 水平 3
C r( Ö )初始 浓度 /(m g/L)
A 2 10 50
因素
pH 值 B
槽电压 /V 处理时间 / h
C
D
3
1. 5
2
5
2. 5
[ 4 ] 李增新, 王国明, 孟韵, 等. 改性膨润 土处理实 验室含铬 废液 [ J]. 实验技术与管理, 2009, 25( 12): 38240.
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92. 77 93. 1 94. 53 94. 32
94. 67 94. 33 93. 89 96. 87
2
1. 64 2. 83 7. 8
2010年第 1期
沈 黎等: 膜电解法处理模拟含铬废水
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对正交实验结果的极差 R 对比分析, 大小顺 序为: D> C> A > B, 即四个因素对 Cr( Ö)去除率 影响程度大 小顺序 为: 处理时 间 > 槽 电压 > Cr ( Ö)初始浓度 > pH 值。实 验表明, 处理时 间和 槽电压是影响吸附效果的两个最主要的因素。随 着处理时间的延长, Cr( Ö)的去除率增加。槽电 压的影响与 Cr( Ö)的去除率不成正比关系, 说明 存在一个最佳值。 Cr( Ö )初始浓度和 pH 值对 Cr ( Ö)的去除效果影响不大。
2 材料及方法
2. 1 试验装置 隔膜电解槽用有机玻璃制成。离子交换膜采用
上海化工厂生产的异相阳离子交换膜和异相阴离子 交换膜。单室体积: 16 cm @5 cm @15 cm, 设计溶液体 积为 400mL。阴极、阳极采用铅锡合金拉网制成, 极 板面积约为 75 cm2, 中间室用电磁搅拌。实验前首先 预处理离子交换膜, 将膜浸入待处理的溶液中 48 h以 上, 使膜完全溶胀, 湿态保存。
参考文献:
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4
7
3
6
2. 3. 2 分析测定方法 以二苯碳酰二肼为显色剂 , [ 17] 采用 721型分
光光度计测定 Cr( Ö )含量。 pH 值采用 PH S22型 酸度计测定。
3 结果与讨论
正交试验结果见表 2。
实验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 K1 平均值 K2 平均值 K3 平均值 极差 R