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﹑铁炭法﹑铁屑过滤法﹑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