联合法处理电镀镉废水

电池、电镀、合金、油漆和塑料等的工业生产中经常会使用大量的镉金属，产生大量镉废水。同时近年来的数据也表明镉的毒性非常大，可在人、鱼和植物体内蓄积，是致癌的物质之一。我国和日本都曾经出现过污染区镉中毒的情况。含镉废水在排放前必须进行处理，以达到排放的要求，避免污染中毒事件的发生。处理镉废水的方法大致分为以下几类:石灰中和法，缺点是工艺较复杂，受制约因素多;化学沉淀法，具有工艺简单、操作方便、经济实用等诸多优点，但其沉淀渣难以处理，会造成二次污染，很难达到绿色环保的要求;离子交换法，该法受树脂的吸附容量限制，适用于处理含镉浓度低的废水，且树脂易于中毒，但处理成本偏高;吸附法，处理含镉废水适用范围广，不会造成二次污染，但吸附剂往往对镉离子的吸附选择性不高;生化法，缺点是技术尚不完善，处理范围有限;氧化还原法，缺点是消耗较多的化学药品和原材料，费用较高，操作复杂，且存在二次污染问题。此外现在备受关注的方法有电解法、光触媒法，此两种方法可以将废水降解为二氧化碳、水和简单有机物，常温常压下进行反应等优点。但电解法适用于镉含量大的废水处理，缺点在于电流效率偏低、能耗大;光触媒法的缺点在于处理成本较高。本试验使用电解法与光触媒法的联合处理方法(以下略称联合法)对镉与有机物形成的络合物废水进行处理。它利用电解法电极产生的氧气参加光触媒反应，这样可以有效地节省成本。
  1·实验原理和方法
  1．1 实验原理
  电解槽中发生如下反应:在电极的作用下，废水中的金属离子直接还原为单质金属;同时有氧气生成。2Cd2++4e→2Cd
  光触媒(二氧化钛)在日光紫外线照射作用下，电子由价带跃迁至导带，产生电子与空穴。电子与空气中的氧反应生成超氧负离子，空穴与表面吸附的水或OH－反应形成具有强氧化性的羟基自由基·OH。高活性的羟基具有分解所有有机物和部分无机物的能力。
  1．2 模拟废水的配置方法
  实验的废水是根据研究目的自制的模拟废水。重金属为二价镉离子，含量为50mg/L。有机物为邻苯二酚，乙二胺，乙二胺四乙酸，含量为100mg/L，分别与镉离子配成废液备用。
  1．3 联合法试验方法
  首先测定工艺废水中的TOC浓度，然后将500mL废液放入电解槽中，插入电极，加入TiO2粉末。改变电流强度及TiO2粉末的添加量，并延长酸化时间。间隔三十分钟测定电解槽中水的TOC浓度。并把处理后废水的TOC浓度与原废液中TOC浓度相比，得到TOC的除去率。
  1．4 试验装置
  在电解酸化装置中，电极的阳极采用Pt/Ti复合电极，阴极采用的是Ti电级，电解质为0．1moL/LK2SO4溶液。同时在电解槽上方设有紫外光照射装置。
  废水中总有机碳素的浓度(以下略记作TOC)用总有机碳素测定仪进行测定。处理后的废液经过0．45μm滤纸过滤后，用LC1000型液相色谱仪来测定其生成物的成分。
  2·结果与分析
  镉与邻苯二酚的生成的络合物(本文略作Cd-Cate)，镉与乙二胺生成的络合物(本文略作Cd-En)，镉与乙二胺四乙酸生成的络合物(本文略作Cd-Edta)。
  2．1 电解法、光触媒法、联合法处理结果的比较
  图1为采用不同方法对Cd-En废液处理后得到的TOC除去率曲线。
  

联合法处理电镀镉废水

  由图1可以看出，使用联合法处理的废水，在酸化时间达到3．5h时，TOC的除去率可以达到90%左右，与电解法、光触媒法相比，TOC的最大除去率提高了30%以上，这说明联合法优于其他两种方法。三种方法的工艺参数分别是电解法:电流密度是80mA/cm2;光触媒法:TiO2添加量为2．0g;联合法:电流密度是80mA/cm2、TiO2添加量为2．0g。
  2．2 联合法处理废液最佳工艺参数的确定
  2．2．1 酸化时间对结果的影响
  图2为酸化时间与TOC除去率的关系曲线。
  

联合法处理电镀镉废水

  由图2可以看出，在三种废液中，TOC除去率随着酸化时间的延长而增大。在酸化时间为3．5h时，除去率达到了最大值(为92%，93%及95%)。在这之后延长酸化时间，除去率保持不变。说明3．5h是酸化时间的最佳点。
  2．2．2 触媒添加量对结果的影响
  图3是光触媒的添加量与TOC除去率的关系曲线。
  

联合法处理电镀镉废水

  由图3可以看出，对于三种废液，TOC除去率随着光触媒添加量的增加而增大。但在2．0g时TOC除去率达到了最大值，之后如果继续添加光触媒，除去率基本不变，说明2．0gTiO2是最佳添加量，过量添加时没有意义。
  同时可以看出，加入0．25g的TiO2时，Cu-Ed-ta废液中TOC除去率达到了70%，远远高于Cd-Cate(TOC除去率为30%)和Cd-En废液(TOC除去率为40%)。这是因为络合物的结构不同所引起的:Cd-Cate废液和Cd-En废液中，络合物整体显示的是中心金属的正电荷;而Cd-Edta废液中络合物显示的是配位体的负电荷，它很容易被高活性的羟基酸化，所以少量的TiO2就可使Cd-Edta废液分解，使TOC的除去率迅速上升。
  2．2．3 电流密度对结果的影响
  图4为电流密度与TOC除去率的关系曲线。
  

联合法处理电镀镉废水

  由图4可以看出，增加电流密度，TOC除去率也随之增大。但在电流密度为80mA/cm2时，TOC的除去率可达到96%，这之后继续增大电流密度，TOC除去率保持不变。说明80mA/cm2已是最佳电流密度。
  2．3 生成产物的确认
  图5、图6、图7是在电流密度80mA/cm2、TiO2的添加量为2．0g、酸化时间为3．5h的处理条件下，各种废液的生成物浓度曲线。
  

联合法处理电镀镉废水

  从图5可以看出，邻苯二酚废液处理后可得到酒石酸，乙酸，乙二酸，丙二酸，丁二酸，甲酸，乙醇酸等各种产物。各种生成物浓度在酸化时间进行至0．5～2h达到最高点，之后生成物浓度逐渐降低。当酸化时间达到2．5h后，各种生成物的浓度低于污水综合排放标准(GB8978－1996)，可以排放。
  

联合法处理电镀镉废水

  从图6可以看出，乙二胺废液生成了少量的乙酸和酒石酸，甲醛。各种生成物浓度在酸化反应进行至0．5～1h时达到最高点，然后随着酸化时间的延长浓度逐渐降低。当酸化时间达到2．5h后，生成物的浓度低于污水综合排放标准(GB8978－1996)，可以排放。
  

联合法处理电镀镉废水

  从图7可以看出，乙二胺四乙酸废液是生成了乙二胺乙酸，亚氨基二乙酸，甲醛。各种生成物浓度在酸化时间进行至0．5～1．5h达到最高点，之后生成物浓度逐渐降低。当酸化时间达到2．0h后，生成物的浓度低于污水综合排放标准(GB8978－1996)，可以排放。
  3·结论
  1)对于含镉废液，用联合法进行处理与使用电解酸化法或光触媒法相比，可以提高废液中总有机碳除去率。
  2)使用联合处法处理三种含镉废液，本试验得出的最佳处理工艺参数是:电流密度为80mA/cm2、TiO2的添加量是2．0g、酸化时间3．5h。在此条件下，TOC的除去率可达96%以上。
  3)废液酸化处理后生成物的主要成分是各种小分子酸类物质。虽然小分子酸的浓度在酸化2．5h左右就低于排水标准，可以排放，但为了达到最好的处理结果，废液的酸化时间依然需要3．5h。（谷腾水网）

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