电解法处理模拟含铬电镀废水

1、目录 TOC o 1-5 h z 摘要2Abstract 3前言41.1电镀废水的危害41.2铭对人体的作用51.3含铭电镀废水的处理发展和现状51.4实验原理61.5本论文研究的意义7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 实验过程72.1药品与仪器72.2溶液配制82.3实验内容82.3.1标准曲线绘制92.3.2单因素试验92.3.3正交试验 10 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3结果与分析103.1绘制标准曲线103.2单因素数据分析113.2.1处理时间与去除率的关系113.2.2溶液

2、温度与去除率的关系 123.2.3电解电压与去除率的关系133.2.4加入硫酸钾的的量与去除率的关系144结论16参考文献16致谢错误!未定义书签。电解法处理模拟含铬电镀废水摘 要：本文简述电镀污水以及Cr （丑）的危害，通过电解的方法处理模拟含 铭的电镀污水。先以单因素实验来观察不同条件下Cr （丑）的去除率，再通过 正交试验优化参数。实验结果表明：处理时间为1.25h,加入硫酸钾的量为0.8g, 电解电压为15v,溶液温度为50C时，可以把Cr（丑）的浓度处理到小于0.5mg/l, 达到国家排放标准（W0.2mg/l）。关键词：含铭废水；电解法；正交试验Electrolysis treat

3、ment of simulated chromium electroplatingwastewaterAbstract: This paper describes the electroplating wastewater , as well as the hazards of Cr (H) , chromium plating wastewater treatment simulation through electrolysis . First single factor experiment to observe the removal rate of Cr ( H) under dif

4、ferent conditions , and optimize the parameters by orthogonal experiment . The experimental results show that : the processing time of 1.25h, adding potassium sulfate 0.8 g the electrolysis voltage to 15v , the solution temperature is 50C , the concentration ofCr ( VI ) of the processing to less tha

5、n 0.5 mg / l , up to the national emission standards ( W 0.2 mg / l ).Keywords: Wastewater containing Cr(H);Electrolysis;Orthogonal test1 前言铭及其化合物在工业生产中被广泛应用，冶炼、电镀、制革、颜料等行业会 产生大量含铭废水。Cr(丑)毒性很大，对机体有致毒和致癌作用，处理含铭废水 和回收金属铭一直是环保研究的重要内容之一铭盐的生产及其产品应用的各 个环节都可能产生含Cr (VI)废水。由Br (VI)具有致癌性、致突变性、对动 植物及人体具有很强的毒性，

6、被列为国际公认的3种致癌金属物之一，同时也是 美国EPA公认的129种重点污染物之一。目前还没有明确的体内实验表明三价 铭具有致癌性和诱发基因突变的作用。但是在体外高浓度三价铭存在的条件下， 三价铭的化合物也能诱导产生游离基，与DNA发生作用。电镀会产生大量的废水，镀铭是电镀中常用的方法。电镀废水成分复杂，含 有多种金属离子和有机溶剂，伴有强酸或强碱，污染严重，同时废水又具有回收 价值。1.1电镀废水的危害电镀的种类繁多，溶液的成分可分为含重金属离子废水、酸碱废水及含油脂 类废水等，但废水的成份常常是同时含有多种污染物。其中有毒有害的物质有镉、 铭、镍、铅、氤化物、氟化物、铜、锌、锰、碱、酸、

7、石油类物质、含氮化合物、 表面活性剂及磷酸盐(以P计)等。废水进入水体，会危及水生动植物生长，影响水产养殖，造理成大幅度减产 甚至鱼虾绝迹；或是破坏农田土壤，毁坏庄稼，并通过食物链危害人类健康；或 是进入饮用水源，在人体内富集，轻者引起慢性中毒，重者导致死亡。其中镉、 铭、铅、镍是国家规定的一类有害物质，其最高允许排放浓度分别为0.1mg/L、 0.5mg / L、1.0mg / L、1.0mg / L，并严格控制在车间或车间处理设施排放口取样。 含铜、锌、氟废水是国家规定的二类有害物质，对其取样测定可在单位废水排放 口。氤化物是剧毒物质，最高允许排放浓度为0.5mg/L。其中某些物质如氨氮、

8、 磷酸盐等虽然不是毒物，但它们进入水体可使水体富营养化，造成水质污染。1.2铬对人体的作用铭是人体内必需的微量元素之一，它在维持人体健康方面起关键作用。铭对 人体十分有利的微量元素，不应该被忽视，它是正常生长发育和调节血糖的重要 元素。铭在人体内的含量约为7毫克，主要分布于骨骼、皮肤、肾上腺、大脑和 肌肉之中。铭是唯一随着年龄增长而降低的元素，无机铭的生物活性作用很小， 而且难以吸收，铭与有机物质结合后，才具有较大的生物学活性。铭是人体必须的微量元素之一，具有调节人体内糖和胆固醇的代谢作用。铭 含量太少时，会引起人体血管内壁脂肪的沉积，使本来具有弹性的正常血管逐 渐硬化。所以，这是导致动脉硬化

9、的一个重要因素。铭在胰岛素代谢中起着重要 作用，糖尿病的发生率与铭含量下降有关系。在生产环境中，六价铭对人主要是 慢性危害（6）（7）。铭的毒性与其存在的状态有极大的关系，对人体，通常认为六价铭的毒性比 三价铭高100倍。因为六价铭更易被人体吸收而且在人体蓄积，即使是六价铭， 不同的化合物其毒性也不同。（7）六价铭具有强烈的毒性，是已确认的致癌物之 一。由于铭的累积性和生物链浓缩的特点，使散布在大气、水体和土壤中的铭以 离子状态随水循环，被动植物吸收向生物体转移，并积存到生物体内。农作物从 被污染的水中和土壤中吸取大量的铭，如用含铭废水灌溉的土地和河水灌溉相 比，作物的含铭量胡萝卜高10倍，白

10、菜高4倍。水生生物对铭的富集倍数更高， 各类无脊椎动物29000倍，海藻60120000倍，鱼为2000倍（均指对水体 中含铭而言）。1.3含铬电镀废水的处理发展和现状电镀、石化、制药是当今全球三大污染工业。就我国电镀废水而言，全国电 镀厂、点约有一万家，每年排放出的废水达40亿m3。含Cr（H）废水是电镀行 业的主要废水来源之一。在60年代，国内电镀厂用硫酸亚铁一一石灰法，BaCrO4沉淀法，铁氧体法 及铭黄法等处理镀铭废水，但都有其难以克服的缺点，放弃使用。在70年代初 期，有人使用了活性炭吸附、电解还原，活性炭吸附法或以活性洗涤剂脱附等方 法处理含铭废水。还有在槽边电解回收法，虽有回收意

11、义，但实效不大而且耗电 量大，也不理想。1973年，我国第一次环境保护工作会议召开，制订并颁布了试行的工业废 水排放标准，让含铭废水的处理技术有了认真研究、开发和推广应用。当时借鉴 国外的处理技术，同时又有60年代的经验，在处理上有了一些技术，尤其着重 研究既能回收化工原料又能使水循环利用的闭路循环治理技术。1974年，离子 交换树脂处理镀铭废水方法研究成功，1976年后在工业上大量推广应用。70年 代末期研究成功钛质薄膜蒸发器，用以浓缩回收镀铭等电镀废液。80年代初， 又发展了形形式式的逆流漂洗技术。但是其经济性不合理，回收和处理费用支出 不合理。当然，离子交换法的治理作用是不能完全否定的，

12、在回收富集贵金属废 水方面，它仍然是最经济的方法。（10）现在对于含Cr （丑）电镀废水的处理主要 采用化学还原法、电解法、吸附法、微生物法、萃取法等。根据中华人民共和国国家标准（GB219002008）电镀行业污染物排 放标准中电镀废水中六价铭的总排放出口含量W0.2mg/l，标准测定方式是二 苯碳酰二肼分光光度法（GB7467）。1.4实验原理通过电解的方法处理含铭废水，本实验是通过模拟实验，其中废水是由 K2Cr2O7配制。一般电镀废水中含六价铭浓度在200mg/L以下，废水的pH值低虽 对电解有利，但对氢氧化物的沉淀不利。含铭废水的PH值为26（11），电解后为 68.电解法处理含铭废

13、水一般不需调整废水的pH值。实验配制的Cr （丑）浓度为80mg/l，ph=3.27的溶液，加入K2SO4，在通以直 流电，阳极为铁丝，阴极为石墨电解，其反应原理：阴极反应：Cr2072- +14H+ +6e- 2Cr3+7H202H +十2e- H2 t阳极反应：4OH 一- 02 t +2H20+4e电解后，ph值上升，Fe3+,Cr3+形成沉淀，溶液为黄褐色以及黑色是。静置一 段时间，溶液分层，下层为Fe（OH）3，Cr（OH）3 .沉淀为黄褐色或黑色，上层为黄色 或无色溶液。实验通过分光光度计测定Cr6+的吸光度，原理为：在酸性溶液中，六价铭离 子与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色络合物。

14、NH8H0=C二苯破酰二脂心0=C二苯破酰二脂苯胴轻基偶氮苯-N=NClHj苯胴轻基偶氮苯通过光谱扫描如图1-1,在波长为540nm最大吸收，吸光度与浓度的关系符合 比尔定律。图1-1光谱扫描1.5本论文研究的意义本实验主要是从电解处理含铭的电镀废水的工艺条件出发，电解法是一种比 较成熟的电镀废水处理技术，具有去除率高、无二次污染、能回收利用所沉淀重 金属的优点。电解法耗电较多，铁极板消耗量也很大。但该法缺点是不适用于处 理含较低浓度的金属废水，并且电耗大、成本高。通过电解模拟含铭理溶液，研 究电解时间，电压，温度，和导电能力对电解的影响，减少耗电，加快电解速度 和电解效率。在单因素实验，先分

15、析在单因素条件下，溶液中 （丑）的去除率与其的关 系，为正交实验做参考，选取参数。在工艺研究中，选取参数，通过正交实验， 选择最优条件。通过正交实验得到结果，为处理含格的电解废水提供参考。2实验过程2.1药品与仪器表2-1实验药品厂家试剂厂家度重铭酸钾AR二苯碳酰二肼AR浓硫酸AR丙酮硫酸钾AR表2-2实验仪器仪器型号厂家分析天平分光光度计电动搅拌器Ph计本实验用水均为蒸馏水。2.2溶液配制1、用电子天平取5.6577g的重铭酸钾配制500ml Cr6+离子浓度为4g/l溶液 于500ml容量瓶中，再用移液管取10ml溶液于500ml容量瓶中，加入水至刻度 线，即为Cr6+离子浓度为80mg/

16、l。2、铭标准储备溶液：称取0.2830g在110C经2h干燥过的分析纯重铭酸钾 溶于蒸馏水中，稀释至1000ml。此液1.0ml=0.1mgCr6+。3、铭标准使用溶液：A液：取10ml储备溶液，用蒸馏水稀释至100ml。此 液 1.0ml=0.01mgCr6+。B液：取10ml A溶液，用蒸馏水稀释至100ml即1.0ml=0.001mgCr6+。临 用时配制。4、二苯偕肼溶液：称取0.2g二苯偕肼，加入50mL丙酮中，加水稀释至 100mL，摇匀，贮于棕色瓶中，置于冰箱中保存。颜色变深后不能再用。5、(1+1)硫酸：将硫酸(P=1.84g/ml)缓缓加入到同体积的水中，混匀。6、(1+1

17、)磷酸：将磷酸(P=1.69g/ml)与水等体积混合。2.3实验内容2.3.1标准曲线绘制标准曲线的绘制：取9支50mL比色管，依次加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、 4.00、6.00、8.00和10.00mL铭标准使用液，用水稀释至标线，加入（1+1）硫 酸溶液0.5ml和（1+1）磷酸溶液0.5ml，摇匀。加入2ml二苯偕肼溶液，摇匀。 510min后，于540nm波长处，用10或30mm的比色皿，以水作参比，测定吸 光度。在减去空白溶液的吸光度，以吸光度为纵坐标，相应六价铭含量为横坐标 绘出标准曲线。2.3.2单因素试验1、取400ml 80ml/l Cr6+离子于烧杯中

18、，调节ph值为3.270.2。放在水浴槽 中，水温25C，插入电极，搅拌器，接通电路。通入电压为9v的电流。加入0.4g 硫酸钾。2、按照处理时间 0.5h，0.75h，1h，1.25h，1.5h，1.75h，2h 做一系列实验。3、时间到后，关掉电源，移除设备，把溶液静置一段时间，待完全沉淀后， 取适量上清液于50mL比色管中，用水稀释至标线，测定方法同标准溶液。进行 空白校正后根据所测吸光度从标准曲线上查得Cr6+的含量，并记录实验数据。4、取400ml 80ml/l Cr6+离子于烧杯中，调节ph值为3.270.2。放在水浴槽 中，插入电极，搅拌器，接通电路。通入电压为9v的电流。处理时

19、间为1h。加 入0.4g硫酸钾。5、调整水浴槽水温，从 10C，20C，30C，40C，50C，60C，70C做一 系列实验。实验结束后，重复第三步。记录数据。6、取400ml 80ml/l Cr6+离子于烧杯中，调节ph值为3.270.2。放在水浴槽 中，水温25C，插入电极，搅拌器，接通电路。通入电流。处理时间为1h。加 入0.4g硫酸钾。7、调整通入电极电压，从3v，6v，9v，12v，15v，18v，21v做一系列实验。 实验结束后，重复第三步。记录数据。8、取400ml 80ml/l Cr6+离子于烧杯中，调节ph值为3.270.2。放在水浴槽 中，水温25C，插入电极，搅拌器，接通

20、电路。通入电压为9v的电流。处理时 间为1兀加入硫酸钾。9、调整加入的硫酸钾的量，从0.2g，0.4g，0.6g，0.8g，1g做一系列实验。实验结束后，重复第三步。记录数据。10、画出四条曲线，每条曲线选三点，做为正交实验数据。2.3.3正交试验根据单因素试验结果，设计正交实验方案：参照四因素三水平正交表L934分别选取三个水平。正交试验因素水平表如下表所示。水平因素温度/cA硫酸钾的量/gB电压/vC处理时间/hD水平1300.4120.75水平2400.6151水平3500.891.251、按实验1号，取400ml 80ml/l Cr6+离子于烧杯中，调节ph值为3.270.2。 放在水

21、浴槽中，水温30 ，插入电极，搅拌器，接通电路。通入电压为12v的 电流。处理时间为0.75h，加入0.4g硫酸钾。开始实验2、时间到后，关掉电源，移除设备，把溶液静置一段时间，待完全沉淀后， 取适量上清液于50mL比色管中，用水稀释至标线，测定方法同2.3.1。进行空 白校正后根据所测吸光度从标准曲线上查得Cr6的含量，并记录实验数据。3、重复实验步骤，记录数据。3结果与分析3.1绘制标准曲线根据溶液配制画出两条标准曲线（B液曲线为在A液曲线的基础上进一步细 化10倍）：A液123456789Cr6浓度 ug/ml00.040.10.20.40.81.21.62吸光度00.0220.0540

22、.1070.220.420.60.7690.918B液123456789Cr6浓度ug/ml00.0040.010.020.040.080.120.160.2吸光度00.0010.0040.0070.0220.0470.0720.0890.107图3-1标准曲线Cr(VI)浓度 ugfBl图3-2标准曲线y = 0. 5591/-0. 000612R* = 0. 99480. 1 -,0. 08 -0.06 -%. 04 -0. 02 -0111110. 0000. 0500. 1000.1500. 2000. 250Cr CVI 腿ugAl3.2单因素数据分析3.2.1处理时间与去除率的关系

23、时间/h0.50.7511.251.51.752残留浓度63.9643.1834.4412.3010.713.370.53mg/l去除率20.0546.0356.9584.6386.6295.7899.34在电解的过程中电解的浓度随时间的延长，电解浓度降低，当时间在2h 时，浓度在0.5mg/l，达到2008年前的六价格的最低排放浓度。图3-3为在不 同处理时间下的去除率。图3-3100.0090. 0080. 00(70. 00r 60. 00t 50. 00i 40. 00i 30. 0020. 0010. 000. 000. 25 0. 5 0. 7511. 25 1.5 1. 7522

24、.25处理时间血由图可知，六价格的去除率随时间的延长而增大。电解在0.5h到1.25h内，处理速率快，电解效率高，基本上呈线性增长。在1.25h到2h内，电解速度减缓，处理速率减慢。在正交实验参数选取中，选取在0.75h到1.25h做为实验参数。3.2.2溶液温度与去除率的关系温度。C10203040506070残留浓度mg/l34.6633.0724.6720.4713.099.251.19去除率56.6758.6669.1674.4183.6488.4398.51温度对电解的影响实验，主要是研究方向是溶液在不同温度下对电解的影响。如图3-4.图3-4温度/r由图可知，溶液温度对电解格的影响

25、呈线性关系，随着温度的上升，六价 格的去除率随着上升。温度在实验中70C，去除率达到98.51%，距离99.75%最 低去除率只差1.25%。在正交实验参数选取30C，40C，50C。选取理由是对溶 液加热，消耗热量，提高成本，温度越高，成本越大。所以选在这个温度段，增 加电解效率，对热量消耗不大。3.2.3电解电压与去除率的关系电压/v36912151821残留浓度 mg/l69.7353.6234.4424.335.271.760.32去除率12.8432.9756.9569.5993.4197.8099.60电压是电解格的动力，为电解提供电荷。研究电压的影响，主要是控制电压，减少能源的消

26、耗，减少成本。如图3-5电压/图3-5电压/100.90.80.20.10.由图可知fe：20.10.由图可知在电压3v到15v，基本少呈线性上升的趋势，然后在15v到21v之间，基本上趋于平衡。由此可知，电压对其的影响是有极限的。电解并非只有六价铭被电解，其中水也被电解成氢气，在实验中，超出电解极限，主要被电解 的是水，能源被浪费。在实验中电解极限与被电解的时间密切相关，时间越长， 相同条件，不同电压下电解，极限电压越低。在正交试验参数选择，综合处理时 间的选择，选取9v，12v，15v。3.2.4加入硫酸钾的的量与去除率的关系硫酸钾量0.20.40.60.81残留浓度mg/l52.2634

27、.4414.913.750.06去除率34.6756.9581.3795.3199.93在以加入硫酸钾的量做为实验因素，主要是模拟在废水中的其他离子的量影 响导电能力对电解格的影响。其中加硫酸钾主要是因为硫酸根带两个电荷，电解 不发生反应。如图3-6图3-6OOOOOOOOOOO 0076543211 OOOOOOOOOOO 0076543211 OS硫酸钾的量去除率由图可知，硫酸钾的量与六价格的去除率基本上呈线性，随硫酸钾的量的增 大，去除率上升。加入硫酸钾增加导电能力，是电解效率上升，但有极限。如图 3-6，当硫酸钾量加到1g，去除率达到99.93%，已经超出了 99.75%，所以这极 限

28、与六价格的浓度相关。在正交实验参数选取，取0.4g，0.6g，0.8g硫酸钾加 入。3.3正交试验结果正交实验从当因素实验中选取参数，排序，通过9个实验得到六价格的去除 率，在通过求每个参数的K值来求取每个单因素的极差R，通过对R的大小排序， 得知四个因素的影响大小，并的到工艺最优条件。实验号影响因素Cr6+去除率/%ABCD1300.4120.752.272300.615199.693300.891.2599.934400.4151.2599.575400.690.7573.996400.812199.697500.49185.628500.6121.2599.349500.8150.7599.81K1252237251226K2273273299285K3285299260299K1平均值83.9679.1683.7775.36K2平均值91.0891.0099.6995.00K3平均值94.9299.8186.5199.61极差R10.9620.6515.9324.26对正交实验结果的极差R对比分析，大小顺序为：DBCA，即四个因素对Cr(V1)去除率影响程度大小顺序为：处理时间硫酸钾的加入量 电解电压温 度。实验表明，处理时间和导电能力是影响电解效果的两个最主要的因素。随着 处理时间的延长，导电能力的增