劉智峰

（陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，陜西 漢中 723001）

電鍍作為表面熱處理工藝中應用最廣的一個分支，是利用化學或電化學的方法使金屬或其他材料制件的表面附著一層金屬膜，從而增強金屬的抗腐蝕性、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、光滑性、耐熱性和表面美觀的一種工藝。為了能在工件表面更好地鍍上鍍層，使鍍件與鍍層緊密結合，就必須對鍍件進行預處理，包括除油、除銹、整平鍍件表面等，除此之外，由于鍍槽滲漏或操作管理不當造成“跑、冒、滴、漏”的各種槽液和排水，所有的這些都表明電鍍工業(yè)勢必會產生大量的廢水[1-2]。據不完全統(tǒng)計，目前，我國電鍍廠約有15 000家，每年排放約40億m3廢水，約有50%未達到國家排放標準[3]。所排放的電鍍廢水中主要含有Cr6+、Cu2+、Zn2+、Cd2+和Pb2+等重金屬離子，此外還含有氰化物，這些物質大都有毒有害，有的甚至具有致癌性，若不經處理直接排放，必將會對環(huán)境產生嚴重的危害[4]。本實驗采用化學沉淀法和絮凝沉淀法相結合的方法，綜合考慮技術、經濟等因素，選用亞硫酸鈉作為六價鉻的還原劑，聚丙烯酰胺作為絮凝劑，來處理電鍍廢水，為電鍍廢水的處理提供理論依據和技術指導。

1 材料及方法

1.1 實驗儀器和試劑

儀器：AA7000原子吸收分光光度計（日本島津）；電子天平（GR-205，日本）；751GD型分光光度計（上海精科）；pH計（PHS-3C型）；電磁加熱攪拌器（MY3000-6B）。

試劑：氫氧化鈉（分析純）；次氯酸鈉（分析純）；亞硫酸鈉（分析純）；重鉻酸鉀（基準純）；二苯碳酰二肼（分析純）；鹽酸（質量分數(shù)為37%）；聚丙烯酰胺（工業(yè)級）。

1.2 實驗方法

電鍍廢水取自興平市某電鍍廠，實驗采用堿性條件下，NaClO強氧化性破氰，破氰后的電鍍廢水中絮凝沉淀，便可將含鉻、銅2種重金屬分離開來。上清液為含鉻廢水，下沉液為含銅廢水，分別測定2種液體中的金屬離子濃度，對于含鉻廢水采用酸性條件下亞硫酸鈉還原，后續(xù)調節(jié)其為堿性條件下，加入聚丙烯酰胺絮凝沉淀，而對于含銅廢水，由于原水中銅離子濃度不是很高，直接調節(jié)pH為堿性，沉淀。

1.3 計算

（1）去除率（F）

式中：ρ1和ρ2分別為處理前、后的目標離子的濃度，單位為mg/L。

（2）還原率（η）

式中：ρ3和ρ4分別為還原前、后的目標離子的濃度，單位為mg/L。

2 結果與討論

2.1 電鍍廢水的水質分析

電鍍廢水采自陜西興平市某電鍍廠內污水處理設施進水口處的混合廢水，其水質指標為：pH=6.5，六價鉻17.46mg/L，銅11.03mg/L，氰1.52 mg/L（見表1）。

2.2 破氰處理中pH值的選擇

次氯酸氧化破氰工藝的原理是：在堿性條件下，用次氯酸鹽(ClO-)將氰化物氧化成氰酸鹽，反應式如下:

CN-+ClO-+H2O=CNCl+2OH

CNCl+2OH-=CNO-+Cl-+H2O

總反應式為：CN-+ClO-=CNO-+Cl-

CNO-進一步被氧化：2CNO-+3ClO-=CO2+N2+3Cl-+CO32-

實驗采用堿性條件下加入NaClO的方法破氰，理論投藥量為CN-∶NaClO=1∶7.15（質量比），考慮到藥劑的純度，實驗中將投藥量定為CN-∶NaClO=1∶8。分別量取1000mL電鍍廢水于5個燒杯中，用氫氧化鈉（1mol/L）調節(jié)pH分別為8、9、10、11、12和13，加入27.2 g NaClO（按廢水含氰3.4mg/L計算)，置于電磁加熱攪拌器上以120 r/min轉速攪拌10min后，用原子吸收分光光度法測定水樣中的CN-濃度，并計算CN-的去除率，結果見圖1。

圖1 pH 對破氰效果的影響

從圖1中可以看出，破氰效果先是隨著pH的上升而增大，當pH大于10后，破氰效果便趨于平緩，pH為10時，氰的去除率可達96.4%。這是因為開始OH-是影響破氰的主要因素，但隨著OH-濃度的增大，電鍍液中的CN-已經完全變?yōu)镃O2和N2。黃中子等認為：pH對電鍍廢水破氰反應相當關鍵，堿性條件明顯優(yōu)于酸性條件，在酸性條件下反應速度較慢，出水濃度難以達標，而隨著堿性的增強，出水濃度迅速減小，當pH≥9時，氰去除率可近似達到100%（原水質量最高不超過150mg/L）,且pH值越高反應時間越短，處理效果越好[5]。

2.3 含鉻廢水處理的最佳條件

2.3.1 pH對含鉻廢水還原效果的影響

分別量取6份1000mL經破氰分離后的含鉻廢水于6個燒杯中，用鹽酸調節(jié)pH分別為1、2、3、4、5和6，置于電磁加熱攪拌器上以120 r/min轉速攪拌10min后，加入300mg亞硫酸鈉，反應15 min后，用原子吸收分光光度法測得水樣中Cr6+的濃度，并計算Cr6+的還原率，結果如圖2所示。

圖2 pH 對C r6+還原效果的影響

從圖2中可以看出，當pH=1時，Cr6+濃度最低，而當pH=6時，Cr6+的濃度最高，同時從圖2中也可以看出，在pH=1和pH=2時，六價鉻的去除率相差不大，從節(jié)約藥劑降低成本出發(fā)，選擇pH=2為Cr6+的最佳還原pH值。

2.3.2 亞硫酸鈉投加量對含鉻廢水還原效果的影響

分別量取1000mL含鉻廢水于5個燒杯中，用鹽酸調節(jié)pH至2，在電磁加熱攪拌器上以120 r/min的攪拌速度攪拌10min后，再分別向破氰分離后的含鉻廢水中加入100、200、300、400和500mg亞硫酸鈉，反應15min后，用原子吸收分光光度法測得水樣中Cr6+的濃度，并計算Cr6+的還原率，結果如圖3所示。

圖3 還原劑投加量對C r6+還原效果的影響

從圖3中可以看出，隨著亞硫酸鈉投加量的增加，Cr6+的還原率迅速升高，當亞硫酸鈉的投加量為300 mg時，Cr6+的還原率達到最大，為91.4%，還原后廢水中Cr6+濃度為1.5mg/L，之后緩慢降低，所以選用300mg作為亞硫酸鈉的最佳用量。

2.3.3 絮凝劑投加量對含鉻廢水沉淀效果的影響

分別量取1000mL含鉻廢水于5個燒杯中，用鹽酸調節(jié)pH至2，在電磁加熱攪拌器上以120 r/min的攪拌速度攪拌10min后，再分別向破氰分離后的含鉻廢水中加入300mg Na2SO3,反應15 min后，用NaOH（1mol/L）調節(jié)pH，待有沉淀生成時分別加入聚丙烯酰胺的量為1、2、3、4和5g，攪拌10min后，靜置1 h。取其上清液用原子吸收分光光度計測量Cr6+的濃度，并計算其去除率，結果如圖4所示。

從圖4中可以看出，隨著絮凝劑投加量的增加，Cr6+的去除率隨之上升，當絮凝劑的投加量超過3 g時，Cr6+的去除率趨于穩(wěn)定，這是因為，絮凝劑只能起到加速下沉的作用，當絮凝劑的投加量超過一定值時，廢水中的Cr6+幾乎完全沉淀，再加入過量的絮凝劑對Cr6+去除率效果不明顯[6]。聚丙烯酰胺投加量為3g/L時，Cr6+的去除率為87.0%，廢水中的Cr6+濃度為0.195mg/L，達到行業(yè)排放標準。

圖4 絮凝劑投加量對含鉻廢水沉淀的影響

2.4 含銅廢水處理的最佳條件

2.4.1 pH對含銅廢水沉淀效果的影響

分別量取1 000mL破氰分離后的含鉻廢水于5個燒杯中，加入聚丙烯酰胺3 g，用氫氧化鈉分別調節(jié)pH至7、8、9、10和11，攪拌10min，靜置，過濾，取上清液測定Cu2+的去除率，結果如圖5所示。結果表明，開始隨pH的增大，Cu2+的去除率增加，當pH超過9時，增加pH，Cu2+的去除率便趨于平緩。此時，Cu2+的去除率為86.2%，廢水中的Cu2+濃度為1.559mg/L。

圖5 pH 對含銅廢水沉淀的影響

2.4.2 絮凝劑投加量對含銅廢水去除效果的影響

分別量取1000mL破氰分離后的含鉻廢水于5個燒杯中，用氫氧化鈉分別調節(jié)pH至9，攪拌10 min，靜置，過濾，取上清液分別加入聚丙烯酰胺為1、2、3、4和5 g，再攪拌10 min，再靜置，再過濾，取上清液測定Cu2+的去除率，結果如圖6所示。結果表明，隨著絮凝劑投加量的增加，Cu2+的去除率隨之上升，當絮凝劑的投加量超過2 g/L時，Cu2+的去除率為79.6%，廢水中的Cr6+濃度為0.318 mg/L，達到行業(yè)排放標準。

圖6 絮凝劑投加量對含鉻廢水沉淀的影響

3 小結

電鍍廢水經過破氰，亞硫酸鈉還原，聚丙烯酰胺絮凝沉淀的處理工藝后，研究得出，最佳破氰條件為：pH=10，破氰率可達96.4%，廢水中的CN-濃度降為0.122mg/L；Cr6+的最佳還原條件為：pH=2，亞硫酸鈉投加量=300mg/L，還原率可達91.4%；Cr6+的最佳沉淀條件為：pH=2，聚丙烯酰胺的投加量為3 g/L，去除率可達87.0%，廢水中的Cr6+濃度降為0.195mg/L；Cu2+的最佳沉淀條件為：pH=9，聚丙烯酰胺的投加量為2 g/L，去除率可達79.6%，廢水中的Cu2+濃度降為0.318mg/L。經過處理后，CN-、Cr6+和Cu2+的出水濃度均達到行業(yè)排放標準。

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