電化學氧化法處理含氰電鍍廢水的研究

李慧婷， 林海波， 孫麗美

（1.內(nèi)蒙古民族大學 化學化工學院，內(nèi)蒙古 通遼028000；2.吉林大學 化學學院，吉林 長春130012）

0 前言

處理電鍍廢水的常用方法有：反滲透法、化學沉淀法、微電解法、微生物法及電化學氧化法等。其中電化學氧化法一般用于處理高濃度含氰電鍍廢水，其具有無需添加氧化劑和絮凝劑等化學藥品、設備體積小、占地面積少及操作簡便靈活等優(yōu)點［1-2］。本文采用電化學氧化法處理某電鍍廠的高氰型電鍍廢水。研究了電化學氧化法處理含氰電鍍廢水的影響因素，并確定了最佳運行參數(shù)。

1 實驗

1.1 實驗原理

在電解過程中向含氰電鍍廢水中加入氯化鈉，該方法適合處理氰離子的質量濃度在500mg／L以下的電鍍廢水。直接電化學氧化法適合處理氰離子的質量濃度在1 000mg／L以上的電鍍廢水。氰離子在陽極氧化為氰酸根離子，根據(jù)不同的pH值進一步氧化為氮氣和二氧化碳，或者銨根離子和碳酸鹽，或者銨根離子和草酸鹽［3］。

1.2 廢水水質

廢水取自某電鍍廠。高氰廢水的水質情況：pH值2.5，COD 370mg／L，Cl-580mg／L，Cr（III）0.18mg／L，Cu2＋0.2mg／L，Zn2＋0.82mg／L，Ni2＋0.1mg／L，電導率1.6×104μS／cm。綜合廢水的水質情況：pH值2.5，COD 210mg／L，Cl-160mg／L，Cr（III）0.008mg／L，Cu2＋0.32mg／L，Zn2＋1.5 mg／L，Ni2＋0.12mg／L，電導率1.4×104μS／cm。

1.3 實驗方法

實驗采用間歇電化學氧化法，電流密度為50 mA／cm2，處理液體體積為200mL，溫度為25℃。以Ti／PbO2-F，Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極為陽極，面積為3cm×3cm；以Fe，Pb，Ti，石墨電極為陰極，面積為3cm×3cm?？刂齐姌O間距為0.5cm，鼓氣攪拌。研究陽極材料、陰極材料、pH值及氯離子的質量濃度對電鍍廢水中氰離子和COD的去除效果。

1.4 測試方法

采用硝酸銀滴定法測定氰離子的質量濃度。采用標準重鉻酸鉀法測定COD的質量濃度。

2 結果與討論

2.1 陽極材料對處理效果的影響

以Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極為陽極，電解3h后，COD和氰離子的質量濃度分別為159mg／L和14.76mg／L；以Ti／PbO2-F電極為陽極，電解3h后，COD和氰離子的質量濃度分別為172mg／L和39.73mg／L。結果表明：采用Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極的處理效果要好于采用Ti／PbO2-F電極的。其原因為：Ti／PbO2-F電極具有非活性電極的性質，具有較高的活性電位［3］；而Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極是典型的活性電極，主要用于析氧、析氯過程。此外，Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極在降解過程中的槽壓要比Ti／PbO2-F電極的低。因此，采用Ti／RuO2-TiO2-SnO2電極作陽極最合適。

2.2 陰極材料對處理效果的影響

采用Ti陰極和Fe陰極，電解3h后，COD和氰離子的質量濃度分別為176mg／L，16.95mg／L和170mg／L，27.48mg／L；采用Pb陰極和石墨陰極，電解3h后，COD和氰離子的質量濃度分別為181mg／L，28.6mg／L和197mg／L，29.1mg／L。Fe，Ti，石墨陰極的槽壓相差不大，其中槽壓最低的是Fe陰極。結果表明：Fe陰極的降解效果最好，其次是Ti，Pb陰極，最差的是石墨陰極。Meier K［4］以IrO2-Pt／Ti電極為陽極，分別選用Fe，Cu，Ti作為陰極，研究了不同陰極材料對硝酸鹽還原效果的影響。結果表明：硝酸鹽的去除率由高到低依次為Fe＞Cu＞Ti。金屬電極的導電能力越強，越有利于被處理對象在電極上得到電子。Ti電極的機械強度、電導率、抗腐蝕能力均優(yōu)于Pb電極的，而且在相同的槽電壓下，Ti能提供遠大于Pb的電流密度，電流效率也較高［5］。同時從電極材料的活潑性分析：Fe＞Ti＞Pb＞石墨。陰極材料越活潑，電解過程中到達陰極的電子可很快釋放，有利于生成原子態(tài)的氫，其具有較高的還原性［6］。因此，采用Fe作陰極最適合。

2.3 pH值對處理效果的影響

pH值為8，10，12，電解3h后，氰離子的質量濃度分別為22.86mg／L，14.76mg／L和27.40 mg／L。結果表明：pH值為10時降解效果最好，COD和氰離子的去除率最高，而且能耗最低。電解處理含氰廢水應在堿性條件下進行。因為pH值偏低時，不利于氯對氰離子的氧化，同時由于陽極表面存在著OH-的放電，導致陽極區(qū)的pH值下降。當pH值降至7以下，將會有劇毒的氫氰酸氣體逸出，污染周圍環(huán)境。然而，pH值太高會腐蝕電極，影響降解效果。因此，pH值為10最合適。

2.4 氯離子對處理效果的影響

未加入氯化鈉、加入0.5g／L氯化鈉、加入1.0 g／L氯化鈉，電解3h后，氰離子的質量濃度分別為4.41mg／L，1.90mg／L，0.25mg／L，COD的質量濃度分別為250mg／L，214mg／L，154mg／L。結果表明：氯離子的加入有利于COD和氰離子的去除。這是因為電化學反應是一個復雜的過程，加入氯離子后，不僅存在電極表面上的直接電化學氧化，而且存在以Cl-／Cl2或Cl-／ClO-為媒介的間接電化學氧化。溶液中Cl-的質量濃度足夠高時，電化學氧化過程中會產(chǎn)生Cl2和ClO-，它們有助于降低廢水中COD的質量濃度。因此，當Cl-的質量濃度較高時，COD的去除率較高。文獻［7］指出：當Cl-的質量濃度為CN-的3～5倍時，COD和氰離子的去除率較高。另外，加入氯離子后，電解液的電導率增大，槽壓降低，可以降低能耗。

3 結論

利用間接電化學氧化技術處理高氰電鍍廢水的方法可行，處理后的廢水可以達到排放標準，但工藝條件對處理效果影響很大，如：電極材料、pH值及氯離子的質量濃度等。研究結果可為工程設計和運營操作提供實驗基礎參數(shù)。

［1］林海波，伍振毅，黃衛(wèi)民，等.工業(yè)廢水電化學處理技術的進展及其發(fā)展方向［J］.化工進展，2008，27（2）：223-230.

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