电絮凝废水中Cr(Ⅵ)高效去除工艺条件及机理研究.pdf

1 0 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第2 期 d o i l O ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 2 ．0 1 7 电絮凝废水中C r Ⅵ 高效去除 工艺条件及机理研究 高晨1 ，陈萍1 ，包准1 ，王立章2 ，李鹏1 ’3 1 ．东华理工大学水资源与环境工程学院，南昌3 3 0 0 1 3 ； 2 ．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ； 3 ．东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，南昌3 3 0 0 1 3 摘要水体C r Ⅵ 污染因污染物来源广泛、毒性强，易形成水体一土壤复合污染，其绿色、低成本达标治理 已成为国内外环保工作者关注的热点及难点问题。采用电絮凝工艺进行废水中C r Ⅵ 污染去除，探索 液相p H 、槽电压、电解质浓度及初始C r Ⅵ 浓度对电絮凝C r Ⅵ 去除效率的影响，并通过对所得沉淀 絮体的微观形貌、元素分布及物相组成分析，阐明c r Ⅵ 电絮凝沉淀去除机理。结果表明，C r Ⅵ 电絮 凝去除的最佳工艺条件为液相p H 一6 ．o ，槽电压3 ．OV ，电解质浓度2 ．o ％，在此条件下，初始浓度 1 0 ．om g ／L 的含铬废水，经1 2 ．om i n 电絮凝反应，出水铬浓度为o ．0 1 8m g ／L ，去除效率达9 9 ．9 8 ％，满足 饮用水C r Ⅵ 排放限值。机理分析研究表明，废水中的C r Ⅵ 经F e 2 还原为C r Ⅲ 后，以C m l o H 与 C r 0 H 。的形式经铁的氧化物／氢氧化物载带沉淀而去除。电絮凝工艺治理水体C r Ⅵ 污染具有去除 效率高、速率快、污泥产生量低的特点，可为水体C r Ⅵ 污染的治理提供技术支持。 关键词水体C r Ⅵ 污染；电絮凝；达标排放；工艺条件；去除机理 中图分类号X 7 8 3 ．2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 2 一0 1 0 6 一0 8 S t u d yo nP r o c e s sC o n d i t i o na n dR e m o V a lM e c h a n i s mo fH i g h l yE m c i e n t R e m o V a lo fC r Ⅵ f t o mW a s t e w a t e rw i t hE l e c t r o c o a g u l a t i o n G A OC h e n l ，C H E NP i n 9 1 ，B A OZ h u n l ，W A N GL i z h a n 9 2 ，L 1P e n 9 1 3 1 ．S c h o o Io fW a t e rR e s o u r c e E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fE n v i r o n m e n tS c i e n c ea n dS p a t i a lI n f o r m a t i c s ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，X u z h o u2 2 1 1 1 6 ，J i a n g s u ，C h i n a ； 3 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fN u c l e a rR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t ，E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t 髓c t C h a r a c t e r i z e d 埘t hp r o p e r t i e So fe X t e n s i v ep r o d u c t i o n ，1 1 i g ht o 【i c i t y ，a n de a s yf o 加a t i o no fc o m p r e h e n s i v e p 0 1 l u t i o nb e t w e e nw a t e ra n dS o i l ，i n d u s t r i a lC r Ⅵ w a t e rp o l l u t i o nh a sa t t r a c t e dg r e a ta t t e n t i o no fe n 、，i r o n m e n t a l i s t s a Uo v e rt h ew o r l d ．T h eg r e e na n dl o w - c o s tt r e a t m e n to fC r Ⅵ c o n t a i l l i n gw a s t e w a t e rh a sb e c o m eo n eo fh o t t e s t a n dI T 】【o s td i f f i c u l ti s s u et h a ts h o u l db es o l v e d ．I nt h i ss t u d y ，e l e c t r o c o a g u l a t i o nm e t h o dw a si n t r o d u c e dt or e 瑚I o v e C r Ⅵ f r o mw a s t e 啪t e r ，a n de f f e c t so fo p e r a t i o nc o n d i t i o n so nC r Ⅵ r e m o v a le f f i c i e n c yw e r ec o m p r e h e n s i v e l y i n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gp Hv a l u eo fs o l u t i o n ，c e Uv o l t a g e ，e l e c t r o l y t ec o n c e n t r a t i o n ，a n di n j t i a lC r Ⅵ c o n c e n t r a t i o n ．C r Ⅵr e m o v a lm e c h a n i s mw a se x p l o r e dt h r o u g hm i c r 伊m o r p h o l o g yo b s e r 、，a t i o n ，e l e r n e n t d i s t r i b u t i o nt e s t ，a n dp h a s ec o m p o S i t i o nd e t e c t i o no fp r e c i p i t a t e dn o c S ．T h er e s u l t ss h o wt h a tC r Ⅵ c o n c e n t r a t i o n 收稿日期2 0 2 0 一1 0 1 0 基金项目江西省自然科学基金面上重点项目 2 0 1 9 2 A C B L 2 0 0 0 1 作者简介高晨 1 9 9 7 - ，女，陕西渭南人，硕士研究生；通信作者李鹏 1 9 8 8 一 ，男，江苏徐州人，讲师，博士 万方数据 2 0 2 1 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ；／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 0 7 i nw a t e ro u t l e td r o p sf r o mi n i t i a ll o ．om g ，Lt oo ．0 1 8r 1 1 9 ／Lw i t h1 2m i ne l e c t r o c o a g u l a t i o nr e a c t i o nw i t h r e m o V a le f “c i e n c yo f9 9 ．9 8 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gp Hv a l u eo fs o l u t i o no f6 ．0 ，c e l l v o l t a g eo f3 ．0V ，a n de l e c t r o l y t ec o n c e n t r a t i o no f2 ％．C r Ⅵ c o n c e n t r a t i o ni nw a t e ro u t l e tm e e t se m i s s i o n l i m i to fd r i n k i n gw a t e r ．T h em e c h a n i s ma n a l y s i ss h o w st h a tC r Ⅵ i nw a s t e w a t e ri sr e d u c e dt oC r Ⅲ b y F e 2 ，t h e nt h ef o r m e dC r O O Ha n dC r O H 3s p e c i e sa r ec a p t u r e da n dp r e c i p i t a t e db yi r o no 【i d e s ，h y d r o i d e S g e n e r a t e di ne l e c t r o c o a g u l a t i o nf i e l d ．E l e c t r o c o a g u l a t i o nm e t h o df o rt r e a t m e n to fC r Ⅵp o l l u t i o nh a st h e a d v a n t a g e so fh i g hr e m o V a le f f i c i e n c y ，f a s ts p e e d ，a n dl o ws l u d g ep r o d u c t i o n ，w h i c hc a np r o 访d es i g n i f i c a n tt e c h I l i c a l s u p p o nf o rp u r i f i c a t i o no fC r Ⅵ c o n t a i n i n gw a s t e 、V a t e r ． K e yw o r d s C r Ⅵ p o l l u t e dw a t e r ；e l e c t r o c o a g u l a t i o n ；r e a c he m i s s i o ns t a n d a r d ；o p e r a t i o nc o n d i t i o n s ； r e m o v a lm e c h a n i s m 六价铬 C r Ⅵ 是一种广泛存在于环境介质 如土壤、地下水 中的无机污染物，因铬在金属加 工、皮革制造、电镀及纺织印染等化工行业的广泛应 用及其高生物毒性，含铬废水的排放与达标治理备 受国内外环保工作者关注[ 1 。3 ] 。C r Ⅵ 存在于水中， 会对生物体造成致畸、致癌、致突变的危害，C r Ⅵ 化合物被国际癌症研究机构 I A R C 列为第一类致 癌物；因此，含C r Ⅵ 废水必须经达标处理后方可 排放[ 3 巧] 。目前，含C r Ⅵ 废水的处理方法主要包 括吸附法‘6 ’、化学沉淀法‘、生物法[ 8 。、离子交换法 及光催化还原法[ 9 1 等，工业含C r Ⅵ 废水的处理以 吸附法和化学沉淀法为主。吸附法具有吸附剂来源 广、处理效率高、处理成本低廉的优点，P A N D A 等[ 6 1 研究了工业废弃木炭 D o l o c h a r 对水体中 C r Ⅵ 的吸附作用，C r Ⅵ 去除率高达9 5 ％，但存 在吸附剂产生二次污染、吸附后分离困难等缺点，且 消除六价铬危害的关键是将其转化为低毒的三价 铬，吸附法无法实现此转化。化学沉淀法操作简单， 一次投资金额少，S O M A Y E H 等[ 1 0 ] 用氯化铁对含 苯酚、C r Ⅵ 及氰化物的废水进行化学沉淀影响因 素的研究，发现强化混凝去除C r 6 的效果优于常规 混凝，去除率达9 7 ．2 ％，但化学混凝过程由于大量 化学物质的添加亦会产生二次污染[ 1 1 。。 电絮凝法是在外加电场作用下，通过阳极材料 F e ／A 1 的氧化电解形成絮凝前驱体 氧化物／氢氧 化物 ，使悬浮或溶解的污染物脱稳，聚结成絮体沉 淀而达到去除的目的[ 1 2 1 。电絮凝法已成功应用于 各类金属m 14 。、有机m 。1 7 1 及无机废水m 3 污染脱除的 研究，用于金属离子废水的去除具有去除效率高、处 理设施紧凑、污泥形成少、操作简便等优点，亦有研 究表明电絮凝对六价铬去除效果显著[ 19 。。然而，电 絮凝含c r Ⅵ 废水处理的工艺技术方案仍需进一 步探索，其沉淀去除机制研究较少。 本文采用电絮凝进行含C r Ⅵ 废水处理的工 艺技术方案探索，系统研究液相p H 、槽电压、电解 质浓度及初始C r Ⅵ 浓度对电絮凝C r Ⅵ 去除效 率的影响，并通过对所得沉淀絮体的微观形貌、元素 分布及物相组成分析，阐明C r Ⅵ 电絮凝沉淀去除 机理。研究结果可为电絮凝含C r Ⅵ 废水处理的 实际应用提供技术支持与理论依据。 1 材料与方法 1 ．1 试剂与仪器 试剂K 2 C r 2 0 7 、N a 2 S 0 4 、N a O H 、H N 0 3 均为分 析纯。铁片 1 0 0m m 1 0 0m m 2m m 购于深圳 嘉利鑫五金机械厂，石墨板 1 0 0m m 1 0 0m m 3m m 购于广东佛山银亿汇石墨膜具有限公司。 仪器p H 计 S T 3 1 0 0 型 ；电子天平 A R 2 2 4 C N 型 ；电感耦合等离子体发射光谱仪 I C P - O E S ，A g i l e n t5 1 0 0 型 ；蠕动泵 B T1 0 0 2 J 型 ；直流稳压电源 R X N 一6 0 5 D 型 ；溶液的配制采 用去离子水，由纯水机 M a s t e r - S 3 0 U V 制备；冷冻 干燥仪 F 胁1 A 一5 0 型 。 1 ．2 电絮凝含C r Ⅵ 废水处理 以自配模拟含C r Ⅵ 废水为处理对象，采用 N a z S O 。为电解质，以铁片为阳极，石墨板为阴极，在 自制有机玻璃反应器内进行含C r Ⅵ 废水中C r Ⅵ 的电絮凝去除，有机玻璃反应器尺寸为1 0 0 ．0m m 1 0 0 ．0m m 5 0 ．0m m ，其中极板间距为5 0 ．0m m 。 分别研究液相p H 、槽电压、电解质浓度及初始C r Ⅵ 浓度对电絮凝C r Ⅵ 去除效率的影响。在槽电压 3 ．oV ，电解质浓度2 ％，初始C r Ⅵ 浓度1 0 ．om g ／L 时，探索不同液相p H 3 ．0 、5 ．o 、6 ．0 、7 ．0 、9 ．0 时， 电絮凝废水中C r Ⅵ 的去除效率；设定液相p H 为 6 ．o ，电解质浓度为2 ％，初始C r Ⅵ 浓度1 0 ．om g ／L ， 考察不同槽电压 2 ．O 、3 ．0 、4 ．0 、5 ．0 、6 ．0V 时C r Ⅵ 万方数据 1 0 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第2 期 的去除效率；在液相p H 为6 ．0 ，槽电压3 ．OV ，初始 C r Ⅵ 浓度1 0 ．om g ／L 时，研究不同电解质浓度 0 ．5 ％、1 ．o ％、2 ．0 ％、3 ．o ％、4 ．O ％ 对电絮凝废水 中C r Ⅵ 的去除效率影响；在液相p H 为6 ．o ，施加 槽电压3 ．oV ，电解质浓度为2 ％时，研究初始C r Ⅵ 浓度分别为1 ．O 、1 0 ．o 、2 0 ．O 、5 0 ．Om g ／L 的含铬废 水C r Ⅵ 电絮凝去除效率。试验液相p H 调节采 用2 ．Om o l ／L 的N a o H 与H N O 。溶液。 采用6 组有机玻璃反应器序批串联进水方式， 单个电解槽的水力停留时间为2 ．om i n ，利用直流 稳压电源以恒压模式供电，每个电解槽出水经混合 均匀后取样，并进人下一个电解槽。取样后使用 o ．2 2 扯m 微孔滤膜过滤，并经1 ．om o l ／LH N O 。酸 化处理后采用I C P O E S 测试水样中C r 6 与F e 3 浓 度。收集有／无C r Ⅵ 存在时电絮凝反应所得沉淀 絮体，经去离子水浸泡4 次后，放入冷冻干燥仪中冷 冻干燥，用于后续微观形貌观察和物化组成分析。 1 ．3 沉淀微观形貌和化学组成分析 使用N o v aN a n oS E M4 5 0 型扫描电子显微镜 S E M 对有无C r Ⅵ 污染物电絮凝沉淀絮体进行 微观形貌观察，X M a x 2 0 型X 一射线能谱仪 E D S 进 行絮体中元素分析；使用N i c o l e t i S l 0 型傅里叶红 外光谱仪 F T I R 分析所得絮体的组分与络合特 性，E s c a l a b2 5 0 X i 型X 一射线光电子能谱仪 x P s 获 取反应后絮体的元素组成，并进行其价态分析。 2 结果与讨论 2 ．1 电絮凝除C r Ⅵ 工艺条件研究 2 ．1 ．1 p H 对电絮凝除C r Ⅵ 效率的影响 p H 是影响电絮凝效果的重要因素，会影响阳极 金属离子的溶出率、反应过程中形成的絮体种类而影 响铬离子的去除效率[ 12 。。不同p H 条件对C r Ⅵ 电 絮凝去除效率的影响如图1 中实线所示。由图1 可 以看出，不同p H 条件下，经1 2 ．om i n 电絮凝反应， 废水中C r Ⅵ 均有较高的去除效率，表明电絮凝工 艺可在较宽p H 范围内实现废水中C r Ⅵ 的高效 去除，当水体p H 一6 ．o 时，C r Ⅵ 去除效率最大。 这是因为，当水体p H 较低时 p H 3 ．o 时，出水F e 3 浓度始终 维持在较低水平 ～o ．0 1 5m g ／L ，这与F e O H 。 较小的溶度积常数 p K 。。一3 7 ．0 8 有关。因而，电 絮凝反应过程中产生的F e 3 十能够发生有效沉淀而 不造成处理出水的二次污染。 图1不同p H 时电絮凝含铬废水处理的 铬浓度和溶液中铁离子浓度曲线 F i g ．1C r Ⅵ a n dc o r r e s p o n d i n gF e 3 c o n c e n t r a t i O na td i f f e r e n tt r e a t i n gt i m e a tV a r i o u sp HV a l u eo fs o l u t i o n 2 ．1 ．2 槽电压对电絮凝除C r Ⅵ 效率的影响 电压是影响电絮凝效果及经济性的重要参数， 本研究在既定极板间距 5 0 ．0m m 条件下，探索槽 电压对电絮凝水体C r Ⅵ 去除效率的影响，结果如 图2 所示。由图2 可以看出，当槽电压从2 ．0V 增 加到3 ．0V 时，水体C r Ⅵ 去除效率显著提高，由 9 6 ．3 8 ％提高到9 9 ．8 0 ％，且所需处理时间显著减 少；然而，继续增加施加槽电压，C r Ⅵ 去除效率降 低，槽电压为4 ．o 、5 ．o 及6 ．OV 时，水体C r Ⅵ 去 万方数据 2 0 2 1 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 0 9 除效率分别为9 6 ．2 6 ％、9 7 ．2 7 ％及9 7 ．5 9 ％。槽电 压由2 ．oV 增加到3 ．oV 时，水体C r Ⅵ 去除效率 的提高可归因为提高电能输入可增加F e 2 的生成 量，从而满足了F e 2 对C r Ⅵ 的还原与捕获沉淀反 应。但继续提高槽电压 ≥4 ．0V ，阳极表面水电 解析氧反应及F e 2 溶出反应增强，铁电极区氧化还 原电位提高，加速F e 2 到F e 3 的氧化反应，从而降 低了参与C r Ⅵ 还原的F e 2 浓度，降低C r Ⅵ 去 除效率。施加槽电压为3 ．0V 时，C r Ⅵ 去除效率 最大，所需时间最短。 图2 不同檀电压时电絮凝含 铬废水处理的铬浓度曲线 F i g ．2C r Ⅵ c 蚰c 蚰t m t i 蚰a td i f f e 他n t t 他a t i n g t i m eu n d e rV a r i o u sc e l lV o l t a g e s 2 ．1 ．3 电解质浓度对电絮凝除C r Ⅵ 效率的影响 电絮凝反应过程中，通常采用电解质获得水体 电导性；电解质浓度会影响水体电导性，继而影响电 解槽施加电压和电能消耗嘞] 。不同电解质浓度，不 S ● 萋 越 燃 H ’ 犍 辔 O2468l O1 21 4 时间，I I l i n 同时刻出水c r Ⅵ 浓度及电絮凝废水中C r Ⅵ 的去 除效率如图3 所示。由图3 可以看出，随着电解质含 量从0 ．5 ％增加到4 ．o ％，电絮凝反应对C r Ⅵ 的去 除效率先增大后减小，电解质N a 。S 0 。浓度为2 ．0 ％ 时，C r Ⅵ 去除效率最大。这是因为，当电解质浓 度较低时 2 ．0 ％ ，经F e 2 还原与后续水解反应形成的C r O H 。，其为表面正 电，而过高的反离子浓度 S O 。2 一 会使C r 0 H 。胶 体颗粒形成胶体保护，使得电场与絮凝前驱体对其 压缩双电层的脱稳反应显著降低，从而降低了电絮 凝反应对C r Ⅵ 的去除效率。控制电絮凝反应过 程的电解质浓度，对于降低反应成本、提高C r Ⅵ 去除效率具有较高的理论与实际工程意义。 2 ．1 ．4 不同初始C r Ⅵ 浓度对电絮凝除C r Ⅵ 效 果的影响 不同初始C r Ⅵ 浓度对电絮凝处理C r Ⅵ 去 除率的影响见图4 。从图4 可见，随着初始C r Ⅵ 浓度从1 ．om d L 增长到5 0 ．om g ／L ，经电絮凝处理 后出水铬离子的浓度从o ．0 0 8m g ／L 增长到3 8 ．3 7 1 m g ／L ，C r Ⅵ 去除效率逐渐下降。这主要是由于缺 乏在高C r Ⅵ 浓度下吸附多余六价铬的絮状物，同 时在较高铬酸盐浓度下，铁腐蚀速率较低和铁表面 钝化增强[ 20 。。随着初始C r Ⅵ 浓度的增加，在相同 的电解时间内需要更多的F e 2 还原C r 6 和形成不 溶性的C r o H 。及相应的絮凝前驱体 铁的氧化 物／氢氧化物 。因此，在相同电解时间内，当初始 C r Ⅵ 浓度较高时，电絮凝过程产生的F e 2 不足以 还原并捕获沉淀所有六价铬离子。 电解质N 渺4 浓度，％ 图3 不同电解质浓度时电絮凝含铬废水处理的铬浓度曲线 a 和去除效率 b F i g ．3C r Ⅵ c o n c 蛆t n t i 仰 a 锄dc o r 嗍p 蚰d i n gC r Ⅵ 弛m o v a Ie m c i e n c yI b a t d i f f e 他n tt r 昀t i n gt i m ew i t hV a r i O u se I e c t m I y t ec 蚰c 蚰t 仡t i o n ∞ ∞ 舳 ∞ ∞ 加 o ％，懈遴悄巾豫浓 万方数据 11 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第2 期 图4 不同初始铬浓度时电絮凝 含铬废水处理的铬浓度曲线 F i g ．4C r Ⅵ c o n c e n t r a t i o na td i f f e r e n tt r e a t i n g t i m eu n d e rd i f f e r e n ti n i t i a lC r Ⅵ c o n c e n t r a t i o n 2 ．2 电絮凝C r Ⅵ 去除的机理分析 2 ．2 ．1絮体形貌分析 图5 为电絮凝反应有／无C r Ⅵ 存在时所得沉 淀絮体的S E M 和E D S 分析结果 试验条件p H 6 ．o ，电压3 ．oV ，电解质N a 2S 。浓度2 ．o ％，初始 C r Ⅵ 浓度1 0 ．om g ／L 。从图5 a 和图5 c 沉淀絮 体的S E M 照片可以看出，有／无C r Ⅵ 存在时所 得沉淀絮体均为碎屑状纳米颗粒，C r Ⅵ 存在时 所得沉淀的颗粒尺寸减小，这主要是絮体形成过 程中C r H ；胶体因压缩双电层作用限制了絮凝 前驱体生长所造成的。此外，C r Ⅵ 存在时所得 沉淀絮体的E D S 谱图显示出较为显著的C r 元素 信号 图5 d ，C r 质量浓度达6 ．3 5 ％，表明电絮凝 反应对水体中C r Ⅵ 具有较强的去除与富集 效果瑚。 024691 01 21 4 ￡Ⅳk e V 0 2 4 69l O1 21 4 可k e V a 无铬时s E M 照片； 1 j 九铬时E I s 谱图； c 自铬时s E M 照片； d 有铬时E D s 谱网 图5有铬／无铬存在时电絮凝所得絮体的s E M 照片与E D S 谱图 F i g ．5 S E Mi m a g e sa n dc o r r e s p o n d i n gE D Ss p e c t r ao f p r e c i p i t a t e df l o c sw i t ha n dw i t h o u tC r Ⅵ 2 ．2 ．2 官能团分析 有／无C r Ⅵ 存在时电絮凝反应所得絮体的F T _ I R 谱如图6 所示。有／无c r Ⅵ 存在的F T _ I R 谱图 中均于36 0 0 ～30 0 0c m1 、16 3 5c m1 及16 4 9c m _ 1 显示显著的吸收峰，其中36 0 0 ～30 0 0c m l 处的宽 峰为氢氧化物和水分子中 一H 键的伸缩振动 峰㈦1 ，l6 3 5c m1 和16 4 9c m1 处为OH 键的弯 曲振动峰。此外，二者在l0 7 8c m l 的峰可归因于 万方数据 2 0 2 1 年第2 期 有色金属 冶炼邪分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n F e 一 H F e 的氢氧桥键的振动，在4 9 2c m 的峰是由F e 的振动引起的，表明电絮凝过程中 有铁的氧化物／氢氧化物生成”J 。C r Ⅵ 存在时的 F T I R 谱图中在11 2 2c m l 处显示为C r H 的 振动吸收峰，表明电絮凝沉淀絮体巾C r 。与 H 络合存在[ 4 ‘2 6J 。 冰 褂 芸 蚓 图6有／无c r Ⅵ 电絮凝反应 所得絮体的F T I R 图 F i g ．6F T I Rs p e c t r u mo fp r e c i p i t a t e d f l o c sw i t ha n dw i t h o u tC r Ⅵ 2 ．2 ．3 价态分析 为了进一步阐明沉淀絮体中铬的存在形态，对 电絮凝产生的絮体进行X P S 分析。试验条件p H 一 6 ．0 、电压3 ．oV 、电解质N a 。S ．浓度2 ．o ％、初始 0 0 0 9 0 0 8 0 07 6 0 5 0 4 0 03 0 02 0 01 0 00 结合能h v C r Ⅵ 浓度1 0 ．om g ／L ，结果如图7 所示。图7 a 为 电絮凝沉淀絮体的x P s 全扫谱图，在5 7 6 ．2 与 5 8 6 ．oe V 处显示出显著的C r2 p 班与C r2 p 1 ／2 结合 能峰，表明C r 在絮体中具有较高含量，X P S 分析C r 的质量占比5 ．9 4 ％与E D S 结果6 ．3 5 ％较为相近； 图7 b 为C r2 p 的窄扫谱图，由结合能在5 7 6 ．2 与 5 8 6 ．oe V 处的C r2 p 讹与C r2 p m 两个结合能峰组 成，其【r2 p Ⅲ处的结合能峰由位于5 7 6 ．8e V 和 5 7 6 ．9e V 处的两个峰组成，分别对应C r 键在化 合物C r H 与C r H 。中的结合能；C r2 p 。／处 的结合能峰由位于5 8 5 ．6e V 和5 8 6 ．7e V 处的两个 峰组成，与C r2 p { 『2 处的两个结合能的能带差均为 9 ．8e V ，符合c r Ⅲ 键中c r2 p 3 ／2 与C r2 p 1 ／2 能 带差值，故可认定5 8 5 ．6e V 和5 8 6 ．7e V 处为化合 物C r H 与C r H 。中C r 一 键的C r2 p 。／2 轨道 结合能心州”。。根据结合能峰的面积计算C r Ⅲ O 键在化合物C r _ H 与C r H 。中的占比为1 ．1 1 ， 表明电絮凝反应中，C r Ⅵ 被还原为C r Ⅲ ，以 C r H 与C r H 。的形式沉淀去除。本课题组 前期关于电絮凝沉淀絮体的物相组成分析表明，铁 电极电絮凝反应过程的絮凝前驱体主要为铁的氧化 物／氢氧化物 F e 。与F e H _ 3 0 ] 。因而可推测， 电絮凝废水中C r Ⅵ 的去除过程为废水中的 C r Ⅵ 经F e ”还原为C r Ⅲ 后，以化合物C r O H 与C r H 。的形式经铁的氧化物／氢氧化物载带沉 淀而去除。 5 9 55 9 05 8 55 8 05 7 55 7 0 结合能屉v 图7含铬废水电絮凝沉淀絮体的x P S 全谱图 a 和C r 的窄扫谱图 b F i g ．7 x P Ss p e c t r a a a n dn a r r o ws w e e po fC r Ⅵ b o f p r e c i p i t a t e df l o c sf o rC r Ⅵ c o n t a i n i n gw a s t e w a t e r 电絮凝所得沉淀絮体经烘干后称重，可得每吨 含C r Ⅵ 废水去除产生的铁泥质量约为15 0 ．og ， 表明电絮凝反应产生的污泥较少，工艺具有较高的 稳定性，二次污染低，具有较强实际丁程应用意义。 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第2 期 3结论 1 电絮凝工艺处理含C r Ⅵ 废水的最佳工艺 条件为p H 一6 ．o 、槽电压3 ．OV 、N a 。S O 。电解质浓 度2 ％，在此条件下初始浓度为1 0 ．0m g ／L 的含铬 废水，经1 2m i n 电絮凝处理，其出水铬浓度为 o ．0 1 8m g ／L ，达到饮用水铬排放限值。 2 通过对沉淀所得絮体的S E M E D s 、F T I R 、 X P S 等分析，发现C r Ⅵ 电絮凝去除机理为C r Ⅵ 经F e 2 ．还原为C r Ⅲ 后，以化合物C r O O H 与 C r O H 。的形式经铁的氧化物／氢氧化物载带沉淀 而去除。 3 电絮凝工艺含C r Ⅵ 废水处理去除效率高、 速度快、污泥产量低，具有较高的实际可行性。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 参考文献 L I UXL ，D o N GHL ，Z E N GQ ，e ta 1 ． e f f e c t so fr e d u c e dn o n t r o n i t ea n do r g a n i c c r Ⅵ r e d u c t i o n[ J ] ．E n v i r o n r n e n t a l k h n o l o g y ，2 0 1 9 ，5 3 1 3 7 3 2 1 3 7 4 1 ． S y n e r g i s t i c l i g a n d so n S c i e n c e W A N GQ ，Z H O UC ，K U A N GYJ ，e ta 1 ．R e m o v a lo f h e x a v a I e n tc h r o m i u mi na q u a t i cs o l u t i o n sb yp o m e I o p e e l [ J ] ．w a t e rS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 2 0 ，1 3 1 6 5 7 3 ． K H A L I F AEB ，R Z I GB ，C H A K R O U NR ，e ta 1 ． A p p l i c a t i o no fr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g yf o rc h r o m i u m r e m o v a lb ya d s o r p t i o no nl o Ⅵ卜c o s tb i o s o r b e n t [ J ] ． C h e r n o m e t r i c sa n dI n t e l l i