含氰电镀废水应用电化学氧化法处理的分析

作者:ag8真人 | 2020-01-26 16:09

  北极星水处理网讯:摘要:本文从电化学氧化法的基本原理出发,结合相应的实验,对电化学氧化法在含氰电镀废水处理中的应用情况进行了分析和讨论。

  电化学氧化法的基本原理,是在电解槽内设置有机物溶液或者悬浮液,接通直流电后,可以在阳极上夺取电子,将有机物氧化或者向将低价金属氧化成高价金属离子,然后再将有机物氧化 ( 见图 1)。依照电解方式的不同,借以将电化学氧化法分为直接电解氧化和间接电解法,其在富营养化水体处理中有着较为广泛的应用,相比较传统工艺,电化学氧化法不需要直接投加化学物质,也不需要使用微生物,不仅操作简单,控制容易,而且反应速度更快,优点相当明显。

  电化学氧化法对含氰电镀废水的处理,主要是在电解过程中,向废水中加入相应的氯化钠作为辅助剂,在电解时产生氧化剂氯气及次氯酸根,能够对氰离子质量浓度不超过 500mg/L 的电镀废水进行处理。相比较而言,直接电化学氧化法则能够对氰离子质量浓度超过 1000mg/L 的电镀废水进行处理。在阳极氧化作用下,氰离子能够被转化为氰酸根离子,依照不同的 pH 值,还可以进一步氧化为不同的产物,如二氧化碳与氮气、铵根离子与草酸盐、铵根离子与碳酸盐等。

  选择了间歇电化学氧化法,将电流密度控制在 50mA/c㎡,需要处理的废水体积为 200mL,将废水温度控制在 25℃左右。将 Ti/PbO2-F、Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极作为阳极,阳极规格为 3cm×3cm。将 Fe、Ti、石墨电极作为阴极,规格与阳极相同。将电极间距调整到 0.5cm,然后进行鼓气搅拌工作。在实验中,可以通过对阳极和阴极材料、pH 值、氯离子质量浓度等,对电镀废水中氰离子及 COD 的去除效果进行分析和研究。

  将 Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极作为阳极,进行 3h 的电解处理,测定处理后的废水,氰离子质量浓度为 14.76mg/L,COD 质量浓度为 159mg/L; 将 Ti/PbO2-F 电极作为阳极,同样电解 3h,氰离子质量浓度为 39.73mg/L,COD 质量浓度为 172mg/L。对比两种结果,Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极较Ti/PbO2-F 电极的处理效果更好,分析原因,主要是 Ti/PbO2-F 电极本身属于非活性电极,活性电位较高,Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极则属于活性电极,在析氯、析氧过程中有着较为广泛的应用。不仅如此,Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极在降解的过程中,槽电压更低,因此选择其作为阳极。

  利用 Fe 或者 Ti 作为阴极,进行 3h 电解处理,测定处理后的废水,氰离子质量浓度为 27.48mg/L 和 16.95mg/L,COD 质量浓度为 170mg/L和 176mg/L;利用 Pb 或者石墨作为阴极,电解 3h 后,氰离子质量浓度为 28.6mg/L 和 29.1mg/L,COD 质量浓度为 181mg/L 和 197mg/L。对比四种阴极材料,发现除 Pb 外,其他三种材料的槽压并没有很大区别,Fe 阴极的槽压最低,表明其降解效果最好,石墨阴极的效果最差。在相关研究中,Meier K 利用 IrO2-Pt/Ti 电极作为阳极,将 Fe、Cu、Ti 等作为阴极,分析其对于硝酸盐还原效果的影响,结果表明,按照去除率从低到高的顺序,以此为 Ti、Cu 和 Fe,金属电极的导电能力能够直接决定被处理对象在电极上得到电子的能力,阴极材料的活跃性越强,电解过程中达到阴极的电子越容易释放,能够生成原子态的氢,还原性较强,因此,这里选择 Fe 作为阴极材料。

  不同 pH 值对废水处理效果有着不同的影响,当 pH 值为 8 时,电解 3h,氰离子质量浓度为 22.86mg/L;当 pH 值为 10 时,电解 3h,氰离子质量浓度为 14.76mg/L; 当 pH 值 为 12 时, 电解3h,氰离子质量浓度为27.40mg/L。对比三种不同的结果,可以看出,当pH值 为10时,能够获得最佳降解效果,无论是氰离子还是COD,都能够达到最高去除率,能耗也较低。因此,在利用电化学氧化法对含氰废水进行处理时,应该尽量选择碱性环境,如果pH值偏低,则会影响氯对于氰离子的氧化作用,加上阳极表面存在的OH-放电,阳极去pH值会伴随着降解过程的深入逐渐下降。当pH值降低到酸性(7以下)时,废水处理过程中将会释放剧毒氢氰酸气体,对周边环境造成污染。不过,过高的p H值会对电极产生腐蚀,同样会影响降解的效果,在这种情况下,可以将pH值控制为10。

  在没有加入氯化钠的情况下,电解 3h,氰离子质量浓度为 4.41mg/L,COD 质量浓度为 250mg/L;加入 0.5g/L 的氯化钠,电解 3h,氰离子质量浓度为 1.90mg/L,COD 质量浓度为 214mg/L;加入 1.0g/L 氯化钠,电解3h,氰离子质量浓度为 0.15mg/L,COD 质量浓度为 154mg/L。可以明显看出,在加入氯离子后,氰离子和 COD 的去除效率都有所增加,分析原因,主要是因为电化学反应本身较为复杂,在氯离子加入后,不仅会在电极表面进行直接的电化学氧化,还会在 Cl-/Cl2或者 Cl-/ClO-之间进行间接电化学氧化。当溶液中 Cl-的质量浓度足够高时,会在电化学氧化的过程中产生 Cl2以及 ClO-,这些产物都能够帮助降低废水中 COD的质量浓度。基于此,在 Cl-质量浓度较高的情况下,COD 也会有着较高的去除率。相关研究文献指出,若溶液中 Cl-质量浓度达到 CN- 的 3-5倍,氰离子和 COD 都可以获得较高的去除率,而在氯离子加入后,电解液的电导率会有所增加,槽压的降低有助于降低能源消耗。

  总而言之,在污水处理中,含氰电镀废水的处理非常重要,一旦处理技术选择不当,可能会影响处理的整体效果,继而引发严重的水体污染问题。利用电化学氧化法进行含氰电镀废水的处理,能够确保处理后的废水达到排放标准,不过在技术应用过程中,应该明确工艺条件对于处理效果的影响,做好相应调整和优化,确保处理效果能够达到最佳化。


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