EDI法去除与回收废水中Cr(Ⅵ)的研究

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六价铬,Cr(Ⅵ),毒性极大,是具有致癌、致畸、致突变效应的“三致物”。电镀行业产生大量含Cr(Ⅵ)废水,这些废水主要来自镀件漂洗、电镀槽液拖曳和失效的铬酸钝化液。如果不经过处理直接排放含Cr(Ⅵ)废水,将对人类健康和环境安全造成极大威胁。所以,必须采取有效措施来去除废水中的Cr(Ⅵ)。此外,Cr(Ⅵ)价格很高,如果能在去除废水中的Cr(Ⅵ)的同时加以回收再利用对工业企业非常有实际意义。目前用于处理含Cr(Ⅵ)废水的技术各有优势,但也存在明显的不足。还原一沉淀法产生的大量污泥带来二次污染问题;吸附法使用的多数吸附剂的吸附容量较小,吸附速率低,且不易再生;离子交换法中树脂再生需要消耗大量的化学药剂,且操作复杂,操作人员劳动强度大,运行成本高;反渗透技术和电渗析技术(ED)处理低浓度Cr(Ⅵ)废水时,处理出水难以达到排放标准。总之,采用现有的技术处理含Cr(Ⅵ)废水时,很难在去除和回收两方面同时满足环境要求。本论文系统地研究了一种能够同时去除并回收低浓度废水中Cr(Ⅵ)的新方法——电去离子法(EDI)。研究工作主要包括三部分:间歇EDI技术、连续EDI技术、和EDI-ED复合技术。间歇EDI过程中树脂先处理Cr(Ⅵ)废水至饱和,再通电再生树脂,再生完成后树脂重新用于处理废水:连续EDI过程中持续通电处理废水,以便同时去除和回收废水中Cr(Ⅵ);EDI-ED复合技术是将EDI与ED结合的二级浓缩回收系统,利用EDI处理废水,Cr(Ⅵ)经初步浓缩至EDI阳极室后被循环系统传送至ED进行二级浓缩,最终达到回收高浓度铬酸液的目的。研究结果证明,间歇EDI能有效地电再生被Cr(Ⅵ)离子饱和的阴离子交换树脂,电再生后树脂仍然能够高效地去除废水中的Cr(Ⅵ)。电再生过程回收的阳极液为纯铬酸溶液,Cr(Ⅵ)浓度达到5030 mg/L,能耗为5.33 kWh/mol Cr(Ⅵ)。间歇EDI实验的成功也证明了Cr(Ⅵ)离子良好的电迁移特性,为连续EDI的研究打下基础。连续EDI技术能够稳定高效地同时去除和回收废水中的Cr(Ⅵ)。出水Cr(Ⅵ)浓度稳定在0.06~0.46 mg/L,阳极室回收的铬酸液浓度达到5010~6150 mgCr(Ⅵ)/L。研究中通过对比不同类型的阴离子交换树脂和阴离子交换膜对EDI装置进行了结构优化。此外,本论文提出了关于连续EDI技术运行参数的新概念—复合影响因子CMR,它综合反应了电流、流量和进水Cr(Ⅵ)浓度三个因素对处理效果的影响。实验结果证明,CMR与出水Cr(Ⅵ)浓度密切相关,且EDI过程存在一个CMR最优值。根据CMR最优值,可以针对废水水质和流量的波动调整电流,确保EDI高效率低能耗地连续稳定运行。本论文构建了全新的EDI-ED复合技术。该技术可以长期稳定地同时实现对低浓度废水中Cr(Ⅵ)的高效去除和回收再利用。EDI-ED复合技术的处理出水Cr(Ⅵ)浓度始终低于0.5 mg/L,满足排放标准;最终回收的阳极铬酸液浓度达到1.41 mol/L,完全满足直接回用于电镀槽的要求。EDI-ED系统中EDI单元能耗4.70 kWh/mol Cr(Ⅵ),ED单元能耗1.45 kWh/mol Cr(Ⅵ),总能耗6.15 kWh/molCr(Ⅵ)。与单独采用EDI相比,EDI-ED系统的能耗仅增加31%,回收的铬酸液浓度大大增加且能直接回用于电镀槽,边际效益非常显著。
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