三維電解法去除錳廢水的試驗(yàn)

三維電解法去除錳廢水的試驗(yàn)研究摘要：本文采用三維電解法處理湘潭電化廠電解錳生產(chǎn)廢水，以石墨及鐵片作為傳統(tǒng)二維電解槽工作電極，利用電極反應(yīng)器對(duì)電解錳生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，在電解槽的電極間裝填活性炭與樹脂混合填料作為第三極，探討不同的pH值、電壓、時(shí)間及廢水起始濃度等條件下對(duì)Mn2+去除率的影響，從而得出三維電解法處理電解錳廢水的最佳工藝處理參數(shù)。關(guān)鍵詞：三維電解，錳廢水，去除率隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)鋼材有色金屬材料，特別是具有特殊功能的合金材料的需求量與日俱增，同時(shí)，世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電解金屬錳需求量也在不斷增加。電解金屬錳作為一種重要的冶金、化工原材料，為我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)[1-2]。近幾年來，隨著我國(guó)對(duì)外開放政策進(jìn)一步落實(shí)，與各國(guó)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易關(guān)系的改善和擴(kuò)大，每年出口的電解錳量在不斷增加，加之國(guó)內(nèi)鋼材用料及鋼材特性的需要和人們對(duì)日常生活用品要求的提高，各生產(chǎn)廠家由原來使用的低質(zhì)添加劑都逐步改用電解錳，國(guó)內(nèi)對(duì)電解錳的需求猛增，這給生產(chǎn)電解錳行業(yè)帶來了勃勃生機(jī)，電解錳在國(guó)內(nèi)、外的需求量呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。錳是一種重要的金屬元素，在工業(yè)上用途很廣，需求量很大，是冶金工業(yè)中一種重要的原料，生產(chǎn)1t鋼大約需13～14kg錳，此外，錳還用于有色金屬、化工、醫(yī)藥、食品、分析和科研等方面[3-5]。在電解錳工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要排放大量的工業(yè)廢水，每生產(chǎn)1t電解錳，大約需要排放工業(yè)廢水約350t左右[5]，在這些廢水中含有的重金屬污染物，如鎘、鉛、錳和硒等，若不經(jīng)處理直接排入水體，將會(huì)通過對(duì)水體、土壤等生態(tài)系統(tǒng)的污染在動(dòng)植物體內(nèi)積累，破壞食物鏈影響人類健康。1.研究?jī)?nèi)容與意義1.1試驗(yàn)原理主電極為鐵板和石墨板，活性炭粒子和石墨作為填充粒子。電解采用鐵片作為陰極材料，石墨板作為陽極材料等。圖1三維電極反應(yīng)器1.2試驗(yàn)?zāi)康挠萌S電解法去除電解錳生產(chǎn)廢水，探討不同的pH值、電壓、時(shí)間及廢水起始濃度等條件下對(duì)Mn2+去除率的影響，從而得出三維電解法處理電解錳廢水的最佳工藝處理參數(shù)。2.國(guó)內(nèi)外研究背景三維電極的概念是20世紀(jì)60年代末期提出來的[6]，三維電極法起初僅是設(shè)計(jì)用于有機(jī)物的化學(xué)合成，由于三維電極反應(yīng)器所具有的獨(dú)特性能，后被用于廢水處理中。國(guó)內(nèi)有關(guān)三維電極法的報(bào)道相對(duì)較少，把它應(yīng)用于污水處理方面的實(shí)例更是少見。在基礎(chǔ)理論研究方面，盡管國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了一些研究工作，對(duì)其宏觀理論大家也達(dá)成一些共識(shí)，但在微觀即在原子、分子水平上的研究仍待深入，三維電極電解床比傳統(tǒng)二維電極的優(yōu)越性在于電流效率高、時(shí)空產(chǎn)率大。但要運(yùn)用于廢水處理的實(shí)踐之中，取得廣泛應(yīng)用，仍需采取各種措施提高效率，降低處理費(fèi)用。這就需要從各方面進(jìn)行一系列的研究，設(shè)計(jì)出科學(xué)而緊湊的床體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化各項(xiàng)操作參數(shù)，改進(jìn)填料、電源方式等。3.試驗(yàn)材料與方法3.1試驗(yàn)材料主要試劑：重鉻酸鉀，硫酸亞鐵銨，硫酸銀，硫酸，硫酸汞，活性炭，三種樹脂（732陽離子交換樹脂，717陰離子樹脂，732上海綠寶陽樹脂）主要儀器：WYJ_10，30V的穩(wěn)壓電源，火焰原子吸收分光光度計(jì)，精密pH計(jì)，電極板，冰箱（用于儲(chǔ)存試驗(yàn)樣品）實(shí)驗(yàn)樣品水：湘潭電化廠電解錳生產(chǎn)工藝廢水拉3專.白2議試驗(yàn)方法稀莫本文采用三維糾電解法處理湘舉潭電化廠電解烏錳生產(chǎn)廢水，斥以石墨及鐵片罩作為傳統(tǒng)二維職電解槽工作電滑極，利用電極妻反應(yīng)器對(duì)電解勤錳生產(chǎn)廢水進(jìn)簡(jiǎn)行處理，望在電解槽的電渴極間裝填活性解炭與樹脂混合糟填料遞作為第三極，廊探討油不同黎的喜p掌H記值、電壓、時(shí)想間、起始濃度英等工藝條件下返對(duì)伏Mn港2+盾去除率的影響肝，以及探討不雕同狀態(tài)下，不恩同填充粒子投枝加量的電極反拍應(yīng)器對(duì)電解錳希廢水效果的影撤響，得出三維汽電解法處理電威解錳廢水的最條佳工藝處理參該數(shù)。為三維電善極處理電解錳蹲廢水的實(shí)際應(yīng)唉用提供試驗(yàn)參孩數(shù)，以期為該誓技術(shù)在工業(yè)化兼的應(yīng)用提供理帝論賓支持汪。4.試驗(yàn)條件幫（狼1液）在電壓薦1桐2駝V訂，活性炭為譯5g筐的條件下進(jìn)行覺，么活性炭與各樹霧脂比例把分別稀為趙1勿：青2利，俊1南：禽3謊，邊2食：哪3理。群（短2起）用三種樹脂哈分別進(jìn)行試驗(yàn)蘋，第一組掛：舟73煎2倡上海綠寶陽樹濱脂，第二組胃：仙71避7潔陰離子樹脂，淘第三組賞：走73打2醉陽離子交換樹傅脂。咬（騎3少）電解時(shí)間分樂別質(zhì)為養(yǎng)5mi懲n夠、獄10mi甲n及、厚20min無。毒5追.小試驗(yàn)擔(dān)結(jié)果與分析而5羨．誓1阻三維電解法樹閥脂的片篩選劈在電倡壓抬12迅V鷹的條件下待分三組進(jìn)行試公驗(yàn)，赴分別用三種樹韻脂歉（第一組、第件二組、第三組挨）灰進(jìn)行對(duì)比至實(shí)驗(yàn)挺，顫且在不同比例圓的活性炭與樹小脂條件下電解籮湘潭電化廠電末解錳生產(chǎn)廢水睜,霞電解反應(yīng)完成譜后賢分別對(duì)出水性的臉CO滴D罩進(jìn)行測(cè)定主，蘭對(duì)倒樹脂西進(jìn)行篩選榨，結(jié)果見下顆表民1備。棕以活性碳薪5橫g邁為基準(zhǔn)，塊樹脂辟按比例取爬柳(槍活性炭：樹脂荒—駱—浴1辟：彈2脾，竹1爆：飯3嫌，基2等：夏3)頂表云1孝康樹脂在不同比貫例和不同的電港解時(shí)間下的寬值戒推單位?。?jiǎn)蕀g/L漿樹脂口與活性炭之比頂電解時(shí)則間鼻/min保COD努（變第一組樹脂其）聞COD骨（顏第二組樹脂厘）號(hào)1降：諷2順5宜120嗚148亭10綠258渡234濕20污279部379列1酸：畏3喪5說46序97集10攻104塊101曉20窄302倦48羊2旱：緣3灑5盞114牽108仿10違187珠241倦20占355會(huì)451剝第守三薪組失：掃73唇2漢陽離子交換樹趙脂偵，盆因電解弱反應(yīng)完成所后揀COD溝（大蠢于苦700mg/饑L勵(lì)）帳濃度加過高，故淘汰己此樹脂。錫由萬表而1蛾可以看出，霜第一組昂中的活性碳：疑樹膛脂請(qǐng)=伴1遣：親3葵（即雞5衛(wèi)g消:游15困g料）效果駁優(yōu)于其它兩組呈，怒因趨COD納的耐出水課濃度沫是污水排放標(biāo)海準(zhǔn)的指標(biāo)之一容，至（韻GB8978銷-9此6紀(jì)《污水綜合排聲放標(biāo)準(zhǔn)》珍一級(jí)排放標(biāo)連準(zhǔn)臟100mg/據(jù)L夫）服故以下拘實(shí)驗(yàn)均板選撲732扭上海綠寶陽樹做脂哄做鋤試驗(yàn)蠢。倉5占.間2戴錳標(biāo)準(zhǔn)溶液的膚測(cè)定券5妻.2.1千方法原理倍利用火焰原子孤吸收法歌在詢波長(zhǎng)逗為量279.5n垮m依處測(cè)定歸經(jīng)電電解植處理后的廢水尿中暮Mn2+帳含量鋤。蝦5腦.2.2膜儀器創(chuàng)主要儀器設(shè)備幟：招原子吸收分光蒜光度計(jì)通，繩Mn爭(zhēng)空心陰極燈哥，掉乙炔鋼瓶?jī)?，斜空氣壓縮機(jī)票等。懇5閱.2.3硬試劑艘（煤1崇）爭(zhēng)Mn胸標(biāo)準(zhǔn)貯備液：很準(zhǔn)確稱取達(dá)1擊.鄙0箏g桌光譜純金屬誰Mn摩（稱前用腎稀草H2SO凡4悼洗去表面氧化慧物，再用去離山子水洗去酸，含烘干。在干燥亡器中冷卻后盡寄快稱取），報(bào)用讓10惱m(xù)l粘（袖1+圾1果）徒HNO紛3鹽溶解。當(dāng)拼Mn昆完全溶解后，幟用稿1%HNO艘3根稀釋祝至由1000神ml懶，此溶液每毫攝升矮含鍵1德.躺0妥mgM贈(zèng)n嫌。憂（慣2倆）器Mn落標(biāo)準(zhǔn)使用液：魚準(zhǔn)確稱取久Mn勉標(biāo)準(zhǔn)貯備液瞞2.50惰ml恩，東置狀100額ml務(wù)容量瓶中，悄用欺1%HNO承3扭稀釋至標(biāo)線，恩搖勻。此溶液肆每毫升孩含乏25莖.0赤u欲gMn千。尼5價(jià).2.4穗步驟識(shí)（惰1吳）分別取趟Mn倒標(biāo)準(zhǔn)使用題液股0,3.0,隱5.0,7.杰0,30.0廳ml駕于蓄50句ml摟容量瓶中，用乓1%HNO釋3助稀釋至清刻度，搖勻。惕用鴨1%HNO欄3堂調(diào)零后，在選乘定的條件下測(cè)悲定其相應(yīng)的吸語光度，經(jīng)空白與校正后繪制濃雁度抬-府吸光度校準(zhǔn)曲凱線。燒（伶2撇）科在測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系夸列溶液的同時(shí)鐮，測(cè)定試樣及燦空白樣的吸光痕度。由試樣吸艘光度減去空白紋樣的吸光度，其從校準(zhǔn)曲線上彼求得試樣中允Mn加的含量。赴如圖賴1低所示訪圖辨1喪Mn網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)溶液的校渾準(zhǔn)曲線問由胸圖紗1章可知收，泄M握n墾標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)曬曲線方程為朋y=0.04渡95x,R譜2疾=0.998支5央,癢其它相關(guān)性較芝好。菠5蝦.佛3歡電解日液中不同當(dāng)P共H有值威條件下善對(duì)含錳廢水去擋除率的影響侄在腔電解欠P配H虧值以=跡2狡、崖3具、叉5震、各9識(shí)條件下對(duì)含錳貓廢水去除效率孝的影響（族試驗(yàn)頁樣品水恐中界錳離子原始濃服度為獸12000日mg尤/累L商），其去試驗(yàn)拔分析結(jié)果促（代見下表瀉2燕）晃表蠢2權(quán)電解禾液中不同飲p柳H宅值條件下襯Mn師2+厚的去除率包電壓硬/V套時(shí)間富/min菌間距葡/cm剪p喉H雜值論初始莫Mn隙2+勉濃度頸mg/L為*你電解后懼Mn料2+呈濃度殊mg/L研去除率款%烤20色5功2霞2孫30稈23.66剝21.1衡20舊15搬2裕9燕60來0.31緒99.5勒20雕15封2活3姑60蒙37.7錯(cuò)37.2事20享30罷2或5怨120啄47.4蜻60.5耗20傲30固2哪9炊120疼0.615邁99.5鞠*挎：虛錳離子原水樣因稀釋晃后的濃度郊由燭表彎2直可知：當(dāng)電解漂在酸性條件下倦時(shí)錳的去除率品效果不佳，在皂堿性條件下電扣解錳的去除率沈均沒在帥99存%輕以上。故本試券驗(yàn)應(yīng)在堿性條優(yōu)件下淺進(jìn)行肯，李根據(jù)妄GB8978個(gè)-9律6活《術(shù)污水綜合排放億標(biāo)準(zhǔn)壽》誕中虜出水多pH舟值站要求縮在庫6~趟9伐之間柜，算在實(shí)際乖生產(chǎn)技中石灰石糖等堿扛的投盜藥千量蜓成本繁綜合考慮徑，訂建議橡將電解斷液阻p額H顯值牌控制在油9蹦較為盈合適。權(quán)5幅.湖4愚不同電解電壓機(jī)對(duì)含錳廢水去今除率的影響略確定電解燦液歉p廣H友值喚為瘡9呢，六分別選擇德電解電壓讓在簡(jiǎn)12盈V絹、岔16遺V愚、截20從V賢、浪24好V筐條件下對(duì)含錳菠廢水去除效率端的影響（趁試驗(yàn)艘樣品水錳離子獻(xiàn)原始濃度淡為演12000腳mg很/L余），其實(shí)驗(yàn)分榨析結(jié)果佳（騙見下表澆3服）卡表跨3憲不同電解電壓恢條件下倚Mn夫2+使的去除率宜電壓裁/V賞時(shí)間復(fù)/min西間距賭/cm鐮p細(xì)H款值諒初始院Mn蠢2+傲的濃度抖mg/L望*框電解后殿Mn行2+豬濃度紙mg/L植去除率忍%砍12料30授2請(qǐng)9慚120性18.4位84.4便16典30匪2暈9倍120角2.1馳98.3料20氣30艙2豬9圣120碰0.單0墻2躍99.票9母8刮24數(shù)30很2膠9攏120保0.18認(rèn)99.9溫12衰15純2同3稅60邁76.2采/些16兆15貸2徑3流60走62.5往/冷20厚15袖2蘿3突60沖37.7殃37.2廢24徑15監(jiān)2煉3蹈60踩42.3所29.5抓*膊：更眼錳離子原水樣籠稀釋后的濃惜度稈?cǎi){從表茂3悶可知，電解電種壓首在隆20嗽V族和詠24賣V貧條件下含錳廢毀水去除效率在綢差不多，但考廢慮實(shí)際運(yùn)用中命的電耗功率呼越小越好夢(mèng)，故荷建議癢選擇哀電解電壓為孝20屠V螞。智5驅(qū).訪5鍬不同電解時(shí)間茂對(duì)含錳廢水去版除率的影響陸確定電解電壓旱在繩20少V瓣，技p除H腫值為腫9剩條件下，（汗試驗(yàn)疏樣品水錳離子披原始濃度吸為端12000幫mg蛇/撤L暑），考察電解及時(shí)乞間廊5怎min燙、散15mi拋n涼、丸30mi門n野、觀60mi順n稅對(duì)含錳廢水去絮除效率的影響升，其實(shí)驗(yàn)分析當(dāng)結(jié)果掃（豬見下表炒4傘）蘿表免4螞禽怒不同電解時(shí)間承Mn管2+餃的去除率嬸電壓庭/V碎時(shí)間片/min語間距世/cm煌p疼H確值障初始斷Mn替2+壟的濃度罰mg/L蒼儉*丘電解后抬Mn咳2+砌濃度鐘mg/L割去除率織%察20聯(lián)5頂2夏9幫120亂0.90崇99.25倘20然15關(guān)2土9渴120泥-0.08貍100枕20校30懇2破9競(jìng)120蠶0.02行99.98磚20心5道2常9涌1200冒18.71尼98.4擊20盾15頌2宏9另1200弊1.96管99.8役20滲30題2虎9受1200污3.51錘99.7炕20局30碼2裹9茂1200飯-0.12因100景*層：要駝錳離子原水樣娛稀釋后的濃監(jiān)度違怖從牙表左4亡可知，電解舉反應(yīng)完成游后逮錳廢水的去除四效率僚在依98狠%串以上，絲考慮電解柱錳案廢水蝶的排放濃度舅滿足達(dá)標(biāo)排放飾要求和的前堤下，叫電解時(shí)間越復(fù)短練，所聽消耗煎的電量就越添少把，參廢水處理咸成本就越翁低。坦故飼本實(shí)驗(yàn)紙選擇摩電解時(shí)間疤建議騰為扶5勒至王15mi標(biāo)n的。稅5攝.盾6份錳廢水初始濃加度稼對(duì)含錳廢水去蹲除率的影響癢確定電解電壓變?cè)诎?0收V攝，電解時(shí)間穴在受5mi蘇n秀至地15信min飛,p孝H腔值為豬9掠的較條件下，啦（試驗(yàn)樣品水室錳離子原始濃飾度也為蛛12000m做g/卷L終），誦考察麻錳廢水初始濃匠度玉對(duì)含錳廢水去巾除效率的影響銅，鏈其友結(jié)果并（蔥見下表搞5霜）伶?；虮砩?貴闊不同初始濃度僅含錳廢水忘Mn煤2+農(nóng)的去除率策電壓嗓/V望時(shí)間按/min陵間距碰/cm適p償H蝦值勇初始頂Mn姥2+晌的棋濃度落mg/L微*石電解后懸Mn怎2+滲濃度銅mg/L敏去除率愉%來20但5徑2汪9孔1200彈18.71裁98鋼.4幸20奸5躺2湯9菌120腰-0.19屢100投20男5挪2說9禿60打0.15哨99.捐75樣20披5叮2混9狼30闖0.29起99.窩03滅20什15句2促9忙1200鈔1.96誕99.朋8篇20大15臺(tái)2蕩9桂120疾0.27狼99.釣8誰20雷15總2助9每60類0.31酒99框.5被20悟15最2墨9雕30么0.06配99塘.8尼*吐：玩里錳離子原水樣烈稀釋后的濃糕度咳弊從表拉5液可知硬，這四個(gè)不同銀的初始濃度電耳解后去除率都閱達(dá)到業(yè)98%相以上，濃度磨在毀1200芹mg董/希L渴時(shí)去除率達(dá)到灑已淡9量9.猶8另%凳以上，錦處理后的排放纏濃度達(dá)到手污水排放標(biāo)準(zhǔn)盜要求哪(魂錳排放的標(biāo)準(zhǔn)戒濃度趁為宰2.0mg體/L段)然。其次，考慮正在實(shí)際廢水處勢(shì)理中，如果稀妥釋倍數(shù)過大，更則運(yùn)行費(fèi)用高桶。綜合考慮以頌上因素，宿建議溫將錳的初始濃慘度稀釋索到阻1200mg夕/熟L踏是比較切合實(shí)共際的尿。祥它紛6.結(jié)論添（狼1忌）添由以上試驗(yàn)數(shù)涌據(jù)可得出，越利用梳三維電解法去篇除湘潭電化廠檔電解錳廢水災(zāi)中的鞋Mn煮2+悉較好泰的工藝參數(shù)黃是紀(jì)：這電解電壓造在緊20懷V認(rèn)左右，電解時(shí)貫間在睜5櫻至濕15mi品n梁，智p野H劑值蹄為克9盼，錳的初始濃系度白為溪1200mg拾/L文的條件下筍效果抽較好郵。城（抄2建）刊本試驗(yàn)燕三維電極涉中充當(dāng)填料的斤是活性炭旋（外5g萍）吼與出73腿2帥綠寶陽樹脂調(diào)按詳1故：盛3戚比例混合，改晃填料采用固定戴式填充狀態(tài)，擊使菠填料在溶液中厲不會(huì)發(fā)生位移燒，處于相對(duì)穩(wěn)們定的狀態(tài)，腔有機(jī)結(jié)合了化激學(xué)反應(yīng)過程奴，漸且筋充分利用溶液域在電極表面反冶應(yīng)的特點(diǎn)，增輛大了溶液與電孩極的接觸面逆,壇從而大大增加還了電極表面積擱，以提高電解與反應(yīng)效率盤和處理能力墨。概三維電極的比騰表面積增大，化而且因?yàn)榱Ｗ踊砰g距小，傳質(zhì)錫效果極大改善益，因而具有較煤高的岔處理寇效率惡，是深度處理摘電解錳廢水的嚷一種新妨方法覆。首（枕3畢）裕在用三維電解否法去除慮電解旬錳廢水停的實(shí)驗(yàn)攏過程中，唉本談試驗(yàn)受條件限澇制，在篩選樹磨脂時(shí)只用棋了帖12瓶V賠電壓下進(jìn)行，祖且試驗(yàn)水樣只晶有一種，遵試驗(yàn)昆范圍較小。在膠試驗(yàn)中，療將原廢水樣調(diào)煌成堿性，這時(shí)奔出現(xiàn)沉淀絮狀蜻物，此絮狀物綢中含有有毒重尾金屬重，如閑鎘蜘化物、鉛化物市、利硒宿化物等，由于身這些重金屬在擠此腐絮狀物中含量殃都非常低，籌針對(duì)此類重金征屬的絮狀物目航前還沒有研究蝦出十分有效的消處理方案。校目前只有少數(shù)吉國(guó)家對(duì)其進(jìn)行雜了提煉，而大漫部分國(guó)家采用佩填埋的方式，粉如托水泥固化，用駕于鋪路，這種創(chuàng)處理手