铁屑柱处理低浓度含铬废水的实验及应用.pdf

铁屑柱处理低浓度含铬废水的实验及应用 * 马丽娜 1， 2 王兴润 2 任大军 1 颜湘华 2 买帅 2 1． 武汉科技大学资源与环境工程学院， 武汉 430081;2． 中国环境科学研究院， 北京 100012 摘要 介绍一种处理低浓度含铬地下水的方法 铁屑柱法， 就该法对去除六价铬的运行时间的影响因素铁屑填充高 度、 反冲洗药剂、 反冲洗次数以及完全失效时间与出水浓度的关系进行了实验， 得到了较佳的反应工艺参数， 并成功应 用于工程实例。结果表明 用铁柱法处理低浓度含铬废水， 出水达到国家地下水排放标准。实践证明该工艺投资少， 处理成本低， 运行简单， 效果好。 关键词 铁屑柱; 低浓度; 含铬废水 TEST OF THE TREATMENT OF LOW CONCENTRATION CHROMIUM- CONTAINING WASTEWATER BY IRON FILING- FILLED COLUMN AND ITS APPLICATION Ma Lina1，2Wang Xingrun2Ren Dajun1Yan Xianghua2Mai Shuai2 1． College of Resources and Environmental Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China; 2． Chinese Research Academy of Environmental Science，Beijing 100012，China AbstractA new for treating low concentration chromium-containing wastewater by iron filing-filled column is introduced． Aiming at the influential factor of this on the runtime of removal of Cr Ⅵ ，tests are given to the iron filling height，backwash elixir choice，the number of backwash and the relationship of complete failure time and concentration． Technological parameters of the reactions have been obtained，which were applied to actual projects successfully． The results show that the low concentration chromium-containing wastewater treated by column filling with iron filing can meet the national discharge standard． Practice has proved that the process has less investment，low cost，simple operation and good results． Keywordsiron filing-filled column;low concentration;chromium － containing wastewater * 国家高技术研究发展计划 863 项目 2009AA063101 。 0引言 近些年来由于工业生产的快速发展， 铬及其化合 物在工业生产中占有重大的作用， 是冶金， 化工， 电 镀， 制革及制药等行业必不可少的原料。同时， 铬及 其化合物在工业生产过程中产生了大量的废渣和废 水， 铬渣在长期的堆放过程中大量的污染物在雨水淋 溶、 浸滤作用下进入堆放场附近的土壤和地下水中， 造成严重污染 ［1- 2］。 本文以青海省某铬盐化工厂污染场地抽提出来 低浓度含铬地下水为研究对象， 该被污染的地下水具 有以下特点 1 抽提出来的地下水水量大浓度较低; 2 处理过后的水质要求回灌对水质要求高， 要达到 地下水质量标准Ⅲ类水质 ρ Cr6 ＜ 0. 05 mg/L 。 目前处理含铬废水的主要方法有化学还原法 ［3］、 离 子交换法 ［4］、 吸附法［5］、 电解法［6］、 膜处理法［7］等， 但 是这些方法都存在造价、 运行费用高， 操作复杂， 污泥 量大等缺陷。针对含铬地下水的特点， 我们利用铁屑 以废治废 处 理含 铬 地下 水， 使 其 能 够 进 行 工 业 化 运用。 1材料和方法 1. 1实验材料 取青海省某铬盐厂污染场地抽提出的地下水为 实验用水。经分析该废水 Cr6 浓度为2． 5 mg/L， pH 为 7. 5。实验所用废铸铁屑主要的粒径分布为 x ＜ 14 目占 47. 6 ， 20 目 ＜ x ＜ 60 目占 40. 3 。 1. 2实验装置 实验装置结构见图 1。 装有铁屑的柱子是由有机玻璃制成的， 原水自高 位水箱经过控制阀门流出， 自下而上通过装有铁屑的 76 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 有机玻璃柱， 反应后的废水从柱底流出。柱高 h 50 cm， 直径  5 cm， 柱底挡板开孔直径  1 mm。 流量一般控制在 30 ～ 35 L/h， 为防止细小的铁屑从柱 底的挡板口中随废水一起流走， 在装铁屑前， 要铺上 一层薄棉花。 图 1实验装置示意 1. 3实验方法 从柱子的上口通入含铬废水， 经过废水和铁屑反 应后， 从柱子底部的下口每隔一段时间取出反应后的 出水， 原水和反应后出水中的 Cr6 采用二苯碳酰二 肼分光光度法测定。 2结果和讨论 2. 1铁屑的填充高度对铁屑柱失效时间的影响 用铁屑处理低浓度含铬废水时， 要求出水达到地 下水三类排放标准 Cr6 低于0. 05 mg/L， 当铁柱出水 浓度高于0. 05 mg/L， 则铁屑柱子为失效 图 2 。 图 2铁屑的填充高度对铁屑柱失效时间的影响 从图 2 中可以看到 随着柱子中铁屑填充高度的 不断增加， 铁屑柱失效时间也随着延长。铁屑柱能够 处理含铬废水的主要原因有 1 铁的还原性 ［8- 9］铁屑 在酸性条件下铁离子具有强还原性， 能够把废水中的 六价铬还原成三价铬。2 柱子中的铁屑主要是铸铁 屑， 铸铁屑主要成分是铁碳合金， 当铸铁屑与含铬废 水接触的时候， 碳的电位高为阴极， 铁的电位低为阳 极， 两者之间存在电位差， 这样在两个之间就形成无 数个微小的原电池 ［10- 14］反应中碳作原电池的正极， 铁则为负极， 电极反应为 正极 2H 2e H2， 负极 Fe Fe2 2e 反应生成的 Fe2 可将废水中的 Cr6 还原为 Cr3 ， 反 应式如下 Cr2O2 － 7 6Fe2 14H 6Fe3 2Cr3 7H2O CrO2 － 4 3Fe2 8H Cr3 3Fe3 4H2O 故在相同的流速条件下， 柱子中的铁屑量含量越高， 铁屑柱的失效时间越长。 但是， 随着反应的进行， 反应生成的 Cr3 和 Fe3 在反应柱中容易发生水解沉淀， 附着在铁屑滤料表 面， 导致铁屑在柱中结块板结， 柱中填充的铁屑越多， 越容易发生板结， 因此实验后期考察的柱子中填充的 铁粉高度都为 17 cm。 2. 2铁屑柱失效时间与反冲洗药剂的关系 铁屑 柱 在 运 行 的 过 程 中 因 有 Fe OH 3 和 Cr OH 3附着在铁屑滤料的表面以及铁屑表面被氧 化， 导致铁屑在柱中板结， 影响处理水量， 则需找出最 佳的冲洗药剂， 既能达到良好的处理效果且又经济。 铁屑柱失效时间与反冲洗药剂的关系见图 3。 图 3铁屑柱失效时间与反冲洗药剂的关系 从图 3 可看出 反冲洗药剂是越酸越好， 可能是 因为酸性越高， 生成的 Fe2 的量越高， 处理的 Cr6 越 多， 但是酸性越高时， 对工艺的要求就越高并且经济 成本会加大， 因此选择 0. 1 mol/L 的盐酸作为反冲洗 药剂。 2. 3铁屑柱失效时间与反冲洗次数的关系 用 0. 1 mol/L 的盐酸作为反冲洗剂， 随着铁屑的 消耗以及细小铁屑的流失， 则需找出铁屑柱能够反复 冲洗的次数对其进行定期的反冲洗 图 4 。 从图 4 中可以看出 高度为 17 cm 的铁屑柱第 1 86 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 图 4铁屑柱失效时间与反冲洗次数的关系 次用 0. 1 mol/L 的盐酸反冲洗后失效时间为 23 min， 当铁屑柱被反冲洗第 3 次的时候， 铁屑柱的失效时间 开始有略微的降低， 冲洗第 5 次后， 铁屑柱可以运行 的时间只有 5 min， 这是因为在反冲洗的过程中， 附着 在铁屑上的 Fe OH 3和 Cr OH3在被冲洗掉的同 时， 细小的铁屑也被冲洗掉， 则形成的细小铁碳原电 池也大幅减少， 因此在反冲洗第 4 次后， 要往铁屑柱 中适当的补充一些细小的铁屑， 图 4 中反冲洗的第 7 次是往已反冲洗第 6 次的铁屑柱中加入铁屑柱中铁 屑重量的 5 ， 图 4 中明显看到第 7 次铁屑柱的运行 时间延长。因此在反冲洗 4 次后要往铁柱中补充适 当细铁屑。 2. 4铁屑柱完全失效时间与出水浓度的关系 当铁屑柱进水的含铬浓度和出水的含铬浓度相 当时， 说明铁屑柱完全失效， 柱子被击穿。实验研究 铁粉高度为 17 cm 的柱子， 实验结果见图 5。 图 5铁屑柱完全失效时间与出水浓度的关系 从图 5 中可以看出 随着运行时间的延长， 六价铬 的出水浓度逐渐上升， 当铁屑柱运行 420 min 的时候， 含铬废水的进水浓度和出水浓度一样， 铁屑柱被击穿。 3工程应用 3. 1工程概况 青海省某铬渣污染场地抽提出来的地下含铬废 水的水质如下 Cr6 ＜ 3． 0 mg/L， pH 5. 5 ～ 7. 5， 抽 提出来的地下水量为 40 m3/d。把铁屑柱放大， 用钢 板做成直径  100 cm， 高 h 150 cm的圆柱体， 滤板 的上面铺有高度为 20 cm 的钢屑， 钢屑是由车床车下 来大卷钢屑， 利于反冲洗。在其上面一定高度的铸铁 屑。废水处理的工艺流程是用 3 个铁柱串联， 废水进 入 1 号柱， 与柱中的铁屑反应， 出水达标则排放， 若不 达标则关闭排放闸门进入 2 号柱继续反应， 出水达标 排放。若 1 号柱中的铁粉完全失效， 则由 2 号柱进 水， 2 号、 3 号柱串联运行， 1 号柱进行反冲洗。2 个铁 柱运行， 一个铁柱反冲洗恢复活性。3 根铁柱轮换连 续运行， 增大每天的废水处理量。工艺流程见图 6。 图 6废水处理工艺流程 3. 2设备运行监测结果 铁屑柱串联处理低浓度含铬废水的工艺运行条 件 进水 Cr6 浓度为 2． 5 ～ 3． 0 mg/L， 铸铁屑 粒径为 2 ～ 5 mm 。对处理前后的废水进行监测， 设备连续 运行 10 d， 监测结果见表 1。 表 1设备运行监测结果 铁粉高 度 /cm 运行时 间 /min 进水 pH 出水 pH 出水 ρ Cr6 / mgL － 1 5456． 57. 6＜ 0. 05 81005． 87. 3＜ 0. 05 101346． 07. 4＜ 0. 05 从表 1 中可以看出 在此工艺的条件下， 处理过 后的含铬废水能够达到国家允许的地下水排放标准。 4结论 1 在适宜的工艺参数条件下， 用铁屑柱来处理 某铬盐厂污染场地抽提出的含铬地下水的出水效果 很好， 达到国家允许的排放标准。 2 在工艺的设计上， 因为铁屑柱完全失效需运 行时间较长， 可以设计 3 个柱子串联， 当第 1 根铁屑 96 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 柱反冲洗的时候， 第 2 根和第 3 根运行， 这样就可以 连续运行增大每天对含铬废水的处理量。 3 用铁屑柱处理低浓度含铬废水， 其原料是废 铁屑， 具有以废治废的意义， 并且工艺投资少， 处理成 本低， 运行过程操作简单。 参考文献 ［1］罗建封， 曲东． 青海海北化工厂铬渣堆积场土壤铬污染状况研 究［J］． 西北农业学报，2006， 15 6 244- 247． ［2］相震，吴向培． 工业性铬污染对湟水水质的影响［J］． 环境与健 康杂志， 2004 3 160- 161． ［3］裴东波， 卢志强． 还原沉淀法处理含铬废水［J］． 城市环境与城 市生态， 2006， 19 2 25- 26． ［4］范力， 张建强． 离子交换法及吸附法处理含铬废水的研究进展 ［J］． 水处理技术， 2009， 35 1 30- 33． ［5］贾陈忠， 秦巧燕． 活性炭对含铬废水的吸附处理研究［J］． 应用 化工， 2006， 35 5 369- 372． ［6］邓小红， 宋仲容． 电镀含铬废水处理技术研究现状与发展趋势 ［J］． 重庆文理学院学报， 2008， 27 5 70- 73． ［7］李爱阳． 废铁屑 － 膜分离法处理含铬废水的研究［J］． 武汉理 工大学学报， 2008， 30 9 72- 75． ［8］郭小华， 葛红光． 铁屑内电解法处理含铬电镀废水研究［J］． 化 学工程师， 2006， 124 1 39- 40． ［9］汤心虎， 甘复兴， 乔淑玉． 铁屑腐蚀电池在工业废水治理中的 应用［J］． 工业水处理， 1998， 18 6 4- 6． ［ 10］韩延辉， 代秀兰， 金成日． 铁屑内电解法处理含铬镀综合废分析 ［J］． 环境科学， 1999， 26 4 220- 221． ［ 11］任乃林， 刘秀娟， 杨幸来． 铁屑焦炭法处理电镀含铬废水的研究 ［J］． 吉林化工学院学报， 2004， 21 1 498- 501． ［ 12］王小文， 王伯泽， 候润卯． 铁屑 /炭电化学反应 － 混凝沉淀法处 理制罐废水［J］． 化工环保， 1998， 118 4 220- 223． ［ 13］蔡固平， 葛晓霞， 张蕴辉． 新型内电解铁屑过滤塔在印染废水工 业化规模处理中的应用［J］． 环境工程， 2003， 21 3 21- 22． ［ 14］张书海， 江峰琴， 任永红． 铁屑微电解法处理蓄电池生产中含铅 酸废水［J］． 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