摘要：活性炭具有優(yōu)良的吸附性和還原性，已廣泛用于廢水處理工業(yè)。闡述了活性炭處理含鉻廢水的基本原理，采用吸附—還原聯(lián)用處理含鉻廢水，介紹了其工藝流程特點(diǎn)及處理過程中的注意事項(xiàng)。實(shí)踐證明，經(jīng)處理的廢水中六價(jià)鉻含量達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 前言

電鍍、石化和制藥是當(dāng)今全球三大污染工業(yè)。就我國電鍍廢水而言，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國電鍍廠點(diǎn)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(duì)環(huán)境造成的污染也很嚴(yán)重，因?yàn)殡婂儚U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(yè)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(jià)鉻的形式存在，一般認(rèn)為，六價(jià)鉻的毒性約為三價(jià)鉻的100倍，據(jù)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，地面水中六價(jià)鉻較高允許濃度為0.05mg/L，而三價(jià)鉻為0.5mg/ L；《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，六價(jià)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(xué)沉淀法、活性炭法、電解法、離子交換法和膜處理法等，本文對(duì)電鍍含鉻廢水處理的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，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(duì)六價(jià)鉻都有良好的吸附和還原效果，因此，近年來在工業(yè)廢水治理方面得到日益廣泛的應(yīng)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(duì)六價(jià)鉻都有良好的吸附和還原效果。

2.1 pH值為3-4時(shí)的作用原理

據(jù)相關(guān)資料介紹，活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)，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(jī)分子凝聚體。當(dāng)pH值為3-4時(shí)，由于上述含氧基團(tuán)的存在（以C_xO 或C_xO₂表示含氧基因起吸附作用的符號(hào)），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(jià)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(tuán)與OH^-的親和力大于對(duì)Cr₂O^2-₇分的親和力，因此，當(dāng)pH值大于6時(shí)，活性炭表面的吸附位置被OH^-奪取，活性炭對(duì)六價(jià)鉻的吸附能力就下降，甚至不吸附。利用這種規(guī)律，用堿就能達(dá)到活性炭的再生目的，當(dāng)pH值降低后，再次恢復(fù)活性炭吸附六價(jià)鉻的作用。

2.2 pH值小于3時(shí)的作用原理

此時(shí)，六價(jià)鉻主要被還原為三價(jià)鉻。其反應(yīng)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(wěn)定的中間產(chǎn)物H₂O₂，而H₂O₂在酸性條件下又可將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，其反應(yīng)方程式為：

3H₂O₂+Cr₂O^2-₇+8H⁺=2Cr³⁺+3O₂↑+7H₂O

按照上述機(jī)理，結(jié)合平衡移動(dòng)原理，可以解釋用活性炭處理含鉻廢水過程中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象，如隨水處理量的增加排出水的pH值將連續(xù)上升，排出水中六價(jià)鉻含量逐漸增多；當(dāng)用堿溶液解吸時(shí)，吸附的水中含六價(jià)鉻；當(dāng)酸溶液解吸時(shí)，吸附的水中含有三價(jià)鉻。

3 吸附-還原聯(lián)用處理含鉻廢水

3.1 工藝流程

根據(jù)活性炭用酸再生后塔中留有大量氫離子的特點(diǎn)，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(jià)鉻的形式排放或加堿回收Cr(OH)₃。隨著還原過程的進(jìn)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(zhuǎn)為以吸附為主。實(shí)踐證明，采用吸附/還原聯(lián)用處理，含鉻廢水處理后完全達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。吸附過程的排入水可回收循環(huán)使用。其工藝流程如圖1所示。

3.2 工藝特點(diǎn)

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(lián)用處理具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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?yōu)樘幚韽U水的過程，既節(jié)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(shí)的酸從被沖洗流失變?yōu)楸缓侠砝�用�?

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

③節(jié)約了反沖時(shí)清水的用量；

④節(jié)約了反沖的時(shí)間。

4 注意事項(xiàng)

欲使活性炭吸附過程對(duì)含鉻廢水的處理得到滿意結(jié)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(jìn)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(jīng)分流一并進(jìn)入活性炭塔中，則大大降低活性炭對(duì)六價(jià)鉻的吸附能力，達(dá)不到對(duì)六價(jià)鉻的處理效果。

②pH值對(duì)活性炭的吸附和還原性能影響很大，當(dāng)處理后的排出水pH值大于6時(shí)，排出水中會(huì)含有六價(jià)鉻，達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，所以含鉻廢水進(jìn)入活性炭塔時(shí)，控制pH值為3-4。

③待處理的含鉻廢水中六價(jià)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(shí)還應(yīng)控制廢水處理時(shí)的流速，使廢水進(jìn)塔后保持一定停留時(shí)間，以充分吸附六價(jià)鉻。

⑤若采用連續(xù)處理，每日連續(xù)吸附處理1-8h，連續(xù)幾天，處理后的水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)；若采用間斷處理，每日連續(xù)處理1-4h，連續(xù)處理1-6天，間隔1-5天，再連續(xù)處理幾天，這樣不是每天連續(xù)處理，活性炭的吸附量比連續(xù)處理時(shí)的大，處理后的水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

實(shí)踐證明，活性炭吸附—還原聯(lián)用和酸再生循環(huán)使用工藝是可行的。這種工藝大大節(jié)約了清水的用量，有利于Cr(OH)₃的回收，提高了經(jīng)濟(jì)效益，處理后的排放水中六價(jià)鉻的含量完全達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于活性炭吸附六價(jià)鉻的機(jī)理及使用壽命有待進(jìn)一步探討。