脉冲交流电凝絮含铬废水及吸附机理的研究

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皮革生产、电镀等化学工业在生产过程中会排放大量含铬废水,这给周边的环境带来了严重污染,直接或间接的影响人们的饮水饮食。传统处理方法如直流电解法处理含铬废水、化学还原法处理含铬废水都存在成本高、去除率低的缺陷,而交流电凝絮法处理含铬废水在去除效果、经济可行性及操作处理方面有较大的优势。利用电化学氧化还原以及吸附原理,设计了一套双铁电极脉冲交流电装置,采用这一装置本文研究了影响铬离子去除率的各种工艺参数,同时采用紫外分光光度法检测溶液中铬(Ⅵ、Ⅲ)离子浓度。结果表明,模拟废水含Cr(Ⅵ)浓度为100mg?dm–3,NaCl作为导电盐,用氨水和硫酸调节控制溶液pH为4,在室温(20-25℃)下采用40?A?gFe–1的脉冲交流电凝絮,废水流速为2 dm3?min-1,反应器组装4个,可使被处理的模拟废水中Cr(Ⅵ)离子浓度降到0.090 mg?dm–3,低于国家污水允许排放标准浓度值0.5 mg?dm-3(GB8978-1996),经过调节出水的pH至8后电凝絮,可使Cr(Ⅲ)离子浓度降到1.39 mg?dm-3,最后出水总铬的含量(约为1.48 mg?dm-3)低于国家污水总铬的排放标准1.5 mg?dm-3(GB8978-1996)。双铁电极脉冲交流电装置凝絮处理含有Cr(Ⅵ)离子废水的过程中存在凝絮物(铁溶胶)对粒子的吸附,本文对吸附机理进行了详细的表征:(1)通过SEM对脉冲交流电凝絮反应后的铁溶胶表面与化学法产生的铁溶胶表面相比,脉冲交流电凝絮反应后凝絮体表面结构较复杂,呈疏松多孔结构,具有更大的比表面积,对铬(Ⅵ、Ⅲ)离子具有更好的吸附优势。(2)通过EDS能谱分析,脉冲交流电凝絮过程中铁溶胶吸附了大量的铬;化学还原法反应后铁溶胶吸附的铬相对较少。(3)通过XRD对脉冲交流电凝絮反应后的铁溶胶表面进行分析,发现吸附后的铁溶胶(氢氧化铁)衍射峰均与吸附前的铁溶胶衍射峰不同,Fe(Ⅲ)通过水化、络合、吸附等作用形成高分子离子复合物,使废水中的Cr(Ⅲ)被捕获并形成电凝絮物。(4)通过不同含量的铁溶胶对应Cr(Ⅲ)的吸附量关系,发现铁溶胶对Cr(Ⅲ)的吸附符合Langmuir单分子层吸附,吸附和解吸之间可以建立动态平衡,并进一步证实了该吸附过程为优惠吸附。根据吸附动力学结果表明,水凝胶对重金属离子的吸附动力学过程符合准一级动力学吸附,说明Cr(Ⅲ)的线性吸附与表层扩散有关。脉冲交流电凝絮法去除废水中铬离子的效率比传统的电化学法和化学还原法要高,Cr(Ⅵ)离子去除率可以达到99.91%,总铬的去除率可达到98.13%。在相同条件下直流电凝絮法和化学还原法均达不到以上去除率。采用双铁电极脉冲交流电凝絮含铬废水,可以降低电极钝化与浓差极化,提高电流效率,产生的凝絮物还可以帮助吸附,双铁电极脉冲交流电凝絮处理含铬废水效率高且市场成本低于传统的电化学法和化学还原法,可以取得良好的经济效益和社会效益。
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