申请日2013.03.15
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明公开了一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法，通过联合使用电絮凝法和离子交换法，先采用电絮凝法大量吸附废水中的铬离子，使得铬离子浓度大大降低，然后通过离子交换法进一步交换吸附浓度较低的铬离子，这是由于离子交换树脂具有良好的理化性能和丰富的离子交换基团。通过本处理方法能够大量吸附或交换含铬废水中的铬离子、产生的污泥量小、对环境无二次污染，同时废水经过处理后水质优良、水和铬酸可回收循环利用、离子交换树脂可再生继续使用，另外，本方法使用的设备简单、占地面积小、操作方便。
权利要求书
1.一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法，其特征在于：首先调 节废水pH值为5～7，电导率为500-2000us/cm;然后进行电絮凝处理：由直流电源或脉 冲电源控制输出电流密度为2～15mA/cm2，极板间距为0.5～3cm，电解时间为15～ 60min，静沉时间30～45min;取静沉后废水的上层清液再进行离子交换处理，废水停 留时间为20min-1h。
2.根据权利要求1所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述离子交换处理中采用混合阴阳离子交换树脂。
3.根据权利要求2所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述阳离子交换树脂为强酸性或弱酸性阳离子交换树脂。
4.根据权利要求2所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述阴离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴离子交换树脂。
5.根据权利要求2-5任意一项所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废 水的方法，其特征在于：所述树脂颗粒直径为0.4～0.6mm，湿视密度为0.65～0.85g/ml， 含水量为40%～60%，体积交换容量0.5-1.85mmol/ml。
6.根据权利要求1所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述脉冲电源为双脉冲电源、直流与脉冲换向电源或间断脉冲电源。
7.根据权利要求1所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述脉冲电源占空比为0.3～0.9，频率为0.5～2KHz，通电周期为0.6～ 0.9ms，断电周期为0.4～0.1ms。
8.根据权利要求1所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法， 其特征在于：所述电絮凝处理中的电极为铁电极、铝电极或者铝铁电极组合使用。
说明书
一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的方法
技术领域
本发明涉及一种含铬废水的处理方法，尤其涉及一种利用电絮凝—离子交换 法深度处理含铬废水的方法。
背景技术
含铬废水是一种广泛存在于矿山、冶金、金属加工、电镀、制革、油漆等工 业中的重金属废水，其中，电镀废水水量大、水质复杂、废水中含有剧毒的氰化 物以及大量的重金属离子，且镀件清洗水是含铬废水的主要来源，几乎占车间含 铬废水排放量的80%以上。水体中铬污染主要是三价铬和六价铬，其中，六价铬 毒性比三价铬强100倍，如果没经过处理或处理不合格便排放，会严重污染河水 和地下水，危害农田和人体健康，对生态环境和人类生存产生巨大的危害。近几 年的一些研究表明，相对三价铬而言，六价铬更易被人体吸收而且在人体蓄积。 铬一般先以六价铬的形式渗入人畜细胞，然后在细胞内还原为三价铬而构成终致 癌物。三价铬在生物体内常见，在胃肠道不易吸收，微量的Cr3+对生物体有益， 而过量的Cr3+对于人和其他生物有致癌作;六价铬毒性最强，可影响细胞的氧 化、还原，能和核酸结合，对消化道、呼吸道有刺激，有致癌、诱变作用。在我 国饮用水标准中，一般规定Cr6+的浓度不得大于0.05mg/L。在我国工业废水综 合排放标准中规定Cr6+的最高允许排放浓度为0.5mg/L和总铬1.5mg/L。根据世界 卫生组织(WHO)公布的资料，铬是已被确证的致癌物质之一，且六价铬已被 美国环境保护局(EPA)确定为17种高度危险的毒性物质之一。因此，对含铬废 水的处理进行研究尤为重要。
目前处理含铬废水的方法有化学还原-沉淀法、吸附法、膜分离法、生物法等。 传统的化学还原-沉淀法需投加化学药剂，存在严重的二次污染问题，同时该方 法只能将铬离子废水处理到一定程度，无法实现深度去离子，一般需要和后续工 艺结合，如活性炭吸附等;吸附法需选择合适的吸附剂，一般只用于处理痕量的 低浓度废水，且以上两种方法都有铬离子难以回收利用的缺点;膜分离法有电渗 析、反渗透和电去离子等，这些方法目前存在膜寿命和成本问题，仍处在研究试 用阶段，大规模利用尚待时日。这些方法虽有一定的成效，但还存在着工艺复杂、 投资费用高、无法深度分离等缺点，在很大程度上限制了其实际应用。电絮凝 (Electrocoagulation,EC)法是在阴阳极同时电解产生阴阳离子进而结合成为絮凝 剂并对废水体系中的污染物质进行吸附从而达到分离目的的过程。与其它方法相 比，电絮凝法具有设备简单，操作方便，占地面积小，无二次污染，产生污泥量 小，且絮体更易脱水分离等优点。但单纯使用电絮凝技术处理含铬废水很难达到 排放标准，对于浓度较低的铬离子废水，电絮凝的能耗直线上升。故且要想将铬 去除率提高到95%以上，必然会增加能耗，从成本角度来说，不经济。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种电絮凝—离子交换法，其能够在高效、 低能耗且经济环保的前提下去除含铬废水中的铬离子，处理后的含铬废水能够达 到排放标准。
技术方案：本发明所述的一种利用电絮凝—离子交换法深度处理含铬废水的 方法，首先调节废水pH值为5～7，电导率为500-2000us/cm;然后进行电絮凝 处理：由直流电源或脉冲电源控制输出电流密度为2～15mA/cm2，极板间距为 0.5～3cm，电解时间为15～60min，静沉时间30～45min;取静沉后废水的上 层清液再进行离子交换处理，废水停留时间为20min-1h。
其中，所述离子交换处理中采用混合阴阳离子交换树脂。所述阳离子交换树 脂为强酸性或弱酸性阳离子交换树脂。所述阴离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴 离子交换树脂。所述树脂颗粒直径为0.4～0.6mm，湿视密度为0.65～0.85g/ml， 含水量为40%～60%，体积交换容量0.5-1.85mmol/ml。所述脉冲电源为双脉冲电 源、直流与脉冲换向电源或间断脉冲电源。所述脉冲电源占空比为0.3～0.9，频 率为0.5～2KHz，通电周期为0.6～0.9ms，断电周期为0.4～0.1ms。所述电絮凝处 理中的电极为铁电极、铝电极或者铝铁电极组合使用。
反应机理：含铬废水先进行电絮凝处理，以Fe或Al为阳极，在直流电或脉冲 电源作用下，阳极被溶解，产生Fe2+、Fe3+和A13+，经一系列水解、聚合及亚 铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废 水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离;同时，带电的污染物颗粒在电场中 泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉;废水进行电解絮凝处理时，不 仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且污染物可直接在阳极上和阴极上 发生氧化还原作用，并可被电化学反应产生的氧化性极强的·OH自由基和还原性 极强的新生态Fe2+等氧化还原去除;电化学反应过程产生的大量O2和H2微气 泡可吸附在污染物絮体表面，产生气浮作用，协同去除废水中污染物，实现良好 的固液分离效果。整个电絮凝过程包括了电解絮凝、电解气浮和电解氧化还原， 如阳极氧化、阴极还原(杂质和重金属离子)、以及胶体粒子放电和絮凝、离子电 迁移等过程的协同效应。经过上述处理后废水中铬离子浓度已经大大降低，再进 行离子交换处理，离子交换树脂是一种带有功能基团的网状结构的高聚物电解 质，具有一定的亲水性和弹韧性和稳定性，且具有适当的交联度以及较高的交换 容量，借助于离子交换树脂内的反离子和水中的重金属离子进行交换反应而除去 水中含铬离子及其他重金属离子。利用阳离子交换树脂则可以去除废水中Cr3+及其它金属离子，利用阴离子交换树脂，可以有效地去除废水中呈铬酸根或重铬 酸根状态的六价铬。
阳离子交换反应式如下：
Cu2++2RH→R2Cu+2H+
Ni2++2RH→R2Ni+2H+
Cr3++3RH→R3Cr+3H+
阴离子交换反应式如下：
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为联合使用电絮凝法和离子 交换法，先采用电絮凝法大量吸附废水中的铬离子，使得铬离子浓度大大降低， 然后通过离子交换法进一步交换吸附浓度较低的铬离子，这是由于离子交换树脂 具有良好的理化性能和丰富的离子交换基团，同时能耗较小。通过本处理方法能 够大量吸附或交换含铬废水中的铬离子、产生的污泥量小、对环境无二次污染， 同时废水经过处理后水质优良、水和铬酸可回收循环利用、离子交换树脂可再生 继续使用，另外，本方法使用的设备简单、占地面积小、操作方便。
具体实施方式
实施例1：废水Cr含量100mg/L，首先通过加酸加减池调整pH值为6.0，加盐 池调整电导率为500us/cm，然后进行电絮凝处理：采用直流电源控制极板平均电 流密度为2mA/cm2，采用铝电极，极板间距为1cm，电解时间为15min，静沉时 间30min;取处理后废水的上层清液，测得Cr含量为8.6mg/L。然后进入离子交 换树脂步骤，采用混合强酸性苯乙烯系阳离子和强碱性苯乙烯系阴离子交换树 脂，阴阳离子交换树脂的体积比为5:1，阳离子交换树脂的体积交换容量 1.2mmol/ml，湿视密度为0.75g/ml，颗粒直径为0.4mm,含水量为55%，阴离子交 换树脂的体积交换容量0.5mmol/ml，湿视密度为0.65g/ml，颗粒直径为0.6mm, 含水量为60%，停留时间为20min，测得出水Cr含量3.1mg/L。
实施例2：与实施例1步骤基本相同，区别在于：废水Cr含量180mg/L，调节 pH值为5，电导率为700us/cm，电絮凝处理中采用双脉冲电源，控制极板平均电 流密度为3.6mA/cm2，电源占空比为0.5，频率为1KHz，通电周期为0.7ms，断电 周期为0.2ms，采用铁电极，极板间距为0.5cm，电解时间为25min，静沉时间 35min，处理后废水上层清液Cr含量为7.6mg/L。然后进入离子交换树脂步骤，采 用混合强酸性苯乙烯系阳离子和强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，阴阳树脂体积 比为4:1，阳离子交换树脂体积交换容量1.85mmol/ml，颗粒直径为0.4mm，湿视 密度为0.85g/ml，含水量为60%，阴离子交换树脂，体积交换容量1.15mmol/ml， 颗粒直径为0.4mm，湿视密度为0.85g/ml，含水量为60%，留时间为1h，测得出 水Cr含量1.8mg/L。
实施例3：与实施例1步骤基本相同，区别在于：废水Cr含量250mg/L，调节 pH值为7，电导率为2000us/cm，电絮凝处理中采用间断脉冲电源，控制极板平 均电流密度为15mA/cm2，电源占空比为0.9，频率为2KHz，通电周期为0.9ms， 断电周期为0.4ms，阳极为铝，阴极为铁，极板间距为3cm，电解时间为60min， 静沉时间45min，处理后废水上层清液Cr含量为6.2mg/L。然后进入离子交换树脂 步骤，采用混合弱碱性环氧系阴离子交换树脂和弱酸性酚醛系阳离子交换树脂， 阴阳树脂体积比为3:1，阳离子树脂体积交换容量为1.45mmol/ml，颗粒直径为 0.55mm，湿视密度为0.7g/ml，含水量为55%，阴离子交换树脂体积交换容量为 1.3mmol/ml，颗粒直径为0.4mm，湿视密度为0.8g/ml，含水量为60%，留时间为 50min，测得出水Cr含量2.1mg/L。
实施例4：与实施例1步骤基本相同，区别在于：废水Cr含量180mg/L，调节 pH值为5，电导率为1500us/cm，电絮凝处理中采用双脉冲电源，电源占空比为 0.3，频率为0.5KHz，通电周期为0.6ms，断电周期为0.1ms，控制极板平均电流 密度为4.6mA/cm2，采用铁电极，极板间距为0.6cm，电解时间为18min，静沉 时间35min，处理后废水上层清液Cr含量为5.7mg/L。然后进入离子交换树脂步骤， 采用混合弱碱性环氧系阴离子交换树脂和丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，阴阳 树脂体积比为6:1，阳离子树脂体积交换容量为1.25mmol/ml，颗粒直径为0.6mm， 湿视密度为0.65g/ml，含水量为40%，阴离子交换树脂体积交换容量为 1.25mmol/ml，颗粒直径为0.6mm，湿视密度为0.85g/ml，含水量为60%，留时间 为1h，测得出水Cr含量1.5mg/L。
实施例5：与实施例1步骤基本相同，区别在于：废水Cr含量180mg/L，调节 pH值为5，电导率为1200us/cm，电絮凝处理中采用直流与脉冲双向电源，控制 极板平均电流密度为4.3mA/cm2，采用铁电极，极板间距为0.6cm，电解时间为20 min，静沉时间35min，处理后废水上层清液Cr含量为16.9mg/L。然后进入离子交 换树脂步骤，采用混合弱碱性环氧系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交 换树脂，阴阳树脂体积比为2:1，阳离子树脂体积交换容量为1.35mmol/ml，颗粒 直径为0.4mm，湿视密度为0.7g/ml，含水量为50%，阴离子交换树脂体积交换容 量为1.2mmol/ml，颗粒直径为0.4mm，湿视密度为0.85g/ml，含水量为60%，留 时间为45min，测得出水Cr含量6.4mg/L。