含铬电镀废水处理曝气铁碳内电解-改性茶渣联用技术

含铬电镀废水中的Cr6+对生命体毒性强，能导致肝脏损坏和肺充血，有致癌作用，消除其污染有利于保护生态环境。铁碳内电解法是基于电化学氧化还原反应的原理，通过铁屑对絮体的电附集、混凝、吸附、过滤等综合作用来处理废水的良好工艺，又称微电解法�p铁炭法�p铁屑过滤法�p零价铁法等等。周旋等人用铁碳内电解法预处理酵母工业废水，在Fe/C质量比为2：1，pH为4左右，停留时间为90min时，对COD、色度、TP、NH3-N的去除率分别为21%、35%、8.5%、5.7%，出水B/C明显提高，由原来的0.28提高到0.40，表明内电解法可有效地改善酵母废水的生化性，对后续的生化处理是有利的。茶叶具有网状、多孔、表面积大等特点，对水溶液中的重金属离子和毒物有很好的吸附作用。中国学者曾研究过饮用后的绿茶对水中Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)离子的吸附、水溶液中的砷(Ⅲ)在云南沱茶上的吸附特性。但采用曝气铁碳内电解、改性茶渣联用处理含铬电镀废水的相关研究国内外未见报道。该研究以曝气铁碳内电解-改性茶渣联用技术处理含铬电镀废水，探讨不同因素对处理效果的影响。

1、材料与方法

1.1 仪器与材料

PVC废水池，尺寸为300mm×400mm×500mm；25L/H型污水泵；LP-20型气泵；有机玻璃吸附柱，直径为150mm，长为300mm；压力锅；7500型可见-紫外分光光度计；PB-2型pH计；恒温振荡器。

进水水质：含铬废水pH为5.8，Cr6+浓度为62.013mg/L；

废铁屑、焦炭为车间加工铁件的废弃物，实验前用待测废水浸泡24h，然后洗净表面残留液，烘干；

改性茶渣：将废弃茶叶，置于压力锅内，用去离子水蒸洗半小时，重复3次，去除茶叶中有机酸组分，烘干，磨粉，过80目筛制成。

2、结果分析与讨论

2.1 Fe/C体积比对内电解效果的影响

取200mL含铬废水，调节进水pH为7，反应时间为2h，采用连续曝气方式，实验结果见图1。

由图1可知，随着Fe/C体积比的增大，去除率逐渐增大，Fe/C体积比大于1后，去除率略微下降。这是因为Fe/C体积比小于1时铁屑的量不足，使得体系的处理能力较低，而增加铁屑的量会增加体系中原电池的数量，有利于提高去除效果，但当体积比大于1时，体系中的碳的含量偏少，原电池的数量偏少，从而处理效果下降。实验选定Fe/C体积比为1：1时最佳。

2.2 进水pH值对内电解效果的影响

取200mL含铬废水，Fe/C体积比为1∶1，反应时间为2h，采用连续曝气方式，实验结果见图2。

由图2可知，随着pH值的逐渐增大，去除率逐渐减小，pH为4后，处理效果趋于稳定。这是因为酸性充氧条件下，电极反应为如下：

由此可见，废水的pH值越低，即H+的浓度越大，氧的电极电位就越高，原电池的电势差也就越大，越有利于反应的正向进行，电极反应进行的自然就越完全。实验选定进水pH为1时最佳。

2.3 停留时间对内电解效果的影响

取200mL含铬废水，Fe/C体积比为1∶1，进水pH为1，采用连续曝气方式，实验结果见图3。

由图3可知，随着停留时间的延长，去除效果越来越好，在0～60min去除率上升趋势明显，由45.71%上升到95.32%，说明内电解去除Cr6+是一个快速的过程，当处理90min后，去除率变化不大，处理效果保持相对稳定，120min时去除率最大，经计算得，120min时出水的Cr6+浓度为2.852mg/L。实验选定停留时间为120min时最佳。

2.4 不同曝气方式对内电解效果的影响

取200mL含铬废水，Fe/C体积比为1∶1，进水pH为1，停留时间为120min，比较间歇曝气(每小时开始5min曝气)和连续曝气对处理效果的影响，实验结果见图4。

由图4可知，连续曝气的处理效果稳定且明显好于间歇曝气。这是因为曝气可以增加水中的含氧量，氧气参与阴极反应，而氧的标准电位要比氢的标准电位高，更有利于电极反应的进行。

2.5 进水pH对改性茶渣吸附效果的影响

取50mLCr6+浓度为2.852mg/L的含铬废水(即内电解处理工序最佳条件下出水)，分别调节其pH为4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13，加入0.4g改性茶渣，在室温下震荡30min，实验结果见图5。

由实验可知，进水pH对改性茶渣吸附量有较大影响。当pH从4.5上升到7时，吸附量逐渐上升；当pH大于7.5后，茶渣对Cr6+的去除率呈明显下降趋势。这是因为进水pH值较低，即H+浓度较高时，茶渣表面电荷密度较高，Cr6+与茶渣表面的静电排斥力较强，不利于茶渣对Cr6+的吸附；而当进水pH在2～5的范围内，95%以上Cr6+是以CrO2-4、Cr2O2-7的形式存在的，这也是不利于吸附的；各种重金属离子在溶液中被吸附，都有一临界的pH值，超过该值后，离子的水解、沉淀则起主要作用。而在该实验条件下，改性茶渣对Cr6+吸附临界pH值为7.5，即中性时，改性茶渣对Cr6+吸附量最大，处理效果最佳。实验选定进水pH为7.5时最佳。

2.6 吸附温度对改性茶渣吸附效果的影响

取50mLCr6+浓度为2.852mg/L的含铬废水，调节其pH为7.5，加入0.4g改性茶渣，在25～50℃温度范围内震荡30min，实验结果见图6。

由图6可见，在实验温度范围内，温度的变化对改性茶渣的吸附性能的影响不大，温度上升，Cr6+去除率略微降低，这可能是由于温度升高，局部破坏了改性茶渣的表面结构，从而导致吸附性能下降。

2.7 吸附平衡时间

取50mLCr6+浓度为2.852mg/L的含铬废水，调节进水pH为7.5，加入0.4g改性茶渣，在室温下震荡，不同时间Cr6+去除率见图7。

随着吸附时间的延长，去除效果越来越好，在0～60min内去除率急剧上升，表明改性茶渣吸附Cr6+可在短时间内完成，之后变化缓慢，到120min基本达到平衡，经计算得平衡吸附量为0.214mg/g。故实验选定最佳停留时间为120min。

3、结论

(1)曝气内电解-改性茶渣联用处理工艺能很好的去除废水中的六价铬离子，最终出水Cr6+浓度为0.409mg/L，低于GB8978―1996中最高允许排放浓度。

(2)分析实验结果得出其最佳工艺条件为：内电解：Fe/C体积比为1∶1、进水pH为1、采用连续曝气方式，处理时间120min，Cr6+去除率可达到95.4%，改性茶渣：进水pH为7.5、0.4g改性茶渣，处理时间120min，Cr6+去除率可达到85.65%。（来源：江苏省生态环境评估中心，扬州大学）