活性炭處理含鉻廢水的方法

摘要：活性炭具有優良的吸附性和還原性，已廣泛用于廢水處理工業。闡述了活性炭處理含鉻廢水的基本原理，采用吸附—還原聯用處理含鉻廢水，介紹了其工藝流程特點及處理過程中的注意事項。實踐證明，經處理的廢水中六價鉻含量達國家排放標準。

1 前言

電鍍、石化和制藥是當今全球三大污染工業。就我國電鍍廢水而言，據不完全統計，全國電鍍廠點約1萬多家，職工約40萬人，每年排出的電鍍廢水大約40億m3由此可見，電鍍廢水不僅量大，而且對環境造成的污染也很嚴重，因為電鍍廢水中不僅含有氰化物等劇毒成份，而且含有鉻、鋅、銅、鎳等自然界不能降解的重金屬離子。其中，鉻酐是電鍍行業中使用量很大的一種化工原料，主要用于鍍鉻、鈍化、和退鍍等工藝上，隨廢水pH值的不同，分別以CrO^2-₄和CrO^2-₇兩種六價鉻的形式存在，一般認為，六價鉻的毒性約為三價鉻的100倍，據《工業企業設計衛生標準》規定，地面水中六價鉻較高允許濃度為0.05mg/L，而三價鉻為0.5mg/ L；《生活飲用水衛生標準》規定，六價鉻濃度不得超過0.05mg/L。含鉻廢水的處理方法很多，主要有化學沉淀法、活性炭法、電解法、離子交換法和膜處理法等，本文對電鍍含鉻廢水處理的工藝進行了改進，介紹了一種用活性炭的吸附性和還原性處理含鉻廢水的方法。活性炭在不同pH值下對六價鉻都有良好的吸附和還原效果，因此，近年來在工業廢水治理方面得到日益廣泛的應用。

2 活性炭處理含鉻廢水的基本原理

活性炭處理含鉻廢水主要是利用其吸附和還原作用，在不同的pH值下，活性炭對六價鉻都有良好的吸附和還原效果。

2.1 pH值為3-4時的作用原理

據相關資料介紹，活性炭的表面存在大量的含氧基團，如羥基(-OH)。因此，活性炭不單純是游離碳，而且是含碳量多、分子量大的有機分子凝聚體。當pH值為3-4時，由于上述含氧基團的存在（以C_xO 或C_xO₂表示含氧基因起吸附作用的符號），其吸附方程可表示如下：

含鉻廢水膜離解：H₂O=H⁺+OH^-

C_xO+H₂O=C_x²⁺+2OH^-

C_xO₂+H₂O=C_xO²⁺+2OH^-

C_xO+H₂O+HCrO^-₄=C_xOHO₃Cr⁺+2OH^-

C_xO₂+H₂O+HCrO^-₄=C_xO₂HO₃Cr⁺+2OH^-

這樣，六價鉻就被吸附在活性炭上。

隨著pH值的上升，水溶液中的OH^-濃度加大，由于含氧基團與OH^-的親和力大于對Cr₂O^2-₇分的親和力，因此，當pH值大于6時，活性炭表面的吸附位置被OH^-奪取，活性炭對六價鉻的吸附能力就下降，甚至不吸附。利用這種規律，用堿就能達到活性炭的再生目的，當pH值降低后，再次恢復活性炭吸附六價鉻的作用。

2.2 pH值小于3時的作用原理

此時，六價鉻主要被還原為三價鉻。其反應方程式為：3C+2Cr₂O^2-₇+16H⁺=3CO₂↑+4Cr³⁺+8H₂O。

另外，活性炭還可以吸附水中的氧生成不穩定的中間產物H₂O₂，而H₂O₂在酸性條件下又可將六價鉻還原為三價鉻，其反應方程式為：

3H₂O₂+Cr₂O^2-₇+8H⁺=2Cr³⁺+3O₂↑+7H₂O

按照上述機理，結合平衡移動原理，可以解釋用活性炭處理含鉻廢水過程中出現的某些現象，如隨水處理量的增加排出水的pH值將連續上升，排出水中六價鉻含量逐漸增多；當用堿溶液解吸時，吸附的水中含六價鉻；當酸溶液解吸時，吸附的水中含有三價鉻。

3 吸附-還原聯用處理含鉻廢水

3.1 工藝流程

根據活性炭用酸再生后塔中留有大量氫離子的特點，用含鉻廢水代替清水反沖，這樣就將用清水單純反沖的過程改為還原處理含鉻廢水的過程，以三價鉻的形式排放或加堿回收Cr(OH)₃。隨著還原過程的進行，塔中氫離子濃度減少，pH值升高，含鉻廢水的處理過程由以還原為主轉為以吸附為主。實踐證明，采用吸附/還原聯用處理，含鉻廢水處理后完全達到國家排放標準。吸附過程的排入水可回收循環使用。其工藝流程如圖1所示。

3.2 工藝特點

與單純利用吸附或還原作用處理含鉻廢水相比，吸附還原聯用處理具有以下優點：

①將一般工藝中的清水反沖改為用含鉻廢水反沖，從而使反沖過程變為處理廢水的過程，既節約了反沖的清水用量，又增加了處理廢水的能力，使活性炭再生時的酸從被沖洗流失變為被合理利用；

②還原處理過程中排出了水中的三價鉻，離子濃度比反沖時大，有利于Cr(OH)₃的回收；

③節約了反沖時清水的用量；

④節約了反沖的時間。

4 注意事項

欲使活性炭吸附過程對含鉻廢水的處理得到滿意結果，在處理過程中須注意以下問題。

①為保證活性炭良好的吸附性能，含鉻廢水進入活性炭塔以前，須與其它廢水先行分流，若有懸浮物，還需先過濾。若將鍍鉻、鍍鋅、鍍合金等廢水不經分流一并進入活性炭塔中，則大大降低活性炭對六價鉻的吸附能力，達不到對六價鉻的處理效果。

②pH值對活性炭的吸附和還原性能影響很大，當處理后的排出水pH值大于6時，排出水中會含有六價鉻，達不到國家排放標準，所以含鉻廢水進入活性炭塔時，控制pH值為3-4。

③待處理的含鉻廢水中六價鉻的濃度一般控制在55-120mg/L。

④活性炭塔需要有一定的高度，同時還應控制廢水處理時的流速，使廢水進塔后保持一定停留時間，以充分吸附六價鉻。

⑤若采用連續處理，每日連續吸附處理1-8h，連續幾天，處理后的水達到國家排放標準；若采用間斷處理，每日連續處理1-4h，連續處理1-6天，間隔1-5天，再連續處理幾天，這樣不是每天連續處理，活性炭的吸附量比連續處理時的大，處理后的水達到國家排放標準。

5 總結

實踐證明，活性炭吸附—還原聯用和酸再生循環使用工藝是可行的。這種工藝大大節約了清水的用量，有利于Cr(OH)₃的回收，提高了經濟效益，處理后的排放水中六價鉻的含量完全達到國家排放標準。

對于活性炭吸附六價鉻的機理及使用壽命有待進一步探討。