【摘 要】
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六价铬离子(Cr(Ⅵ))是工业废水中被严格监控的重金属离子之一,具有致癌性、诱变性和致畸性等危害,其排放被严格管控。含Cr(Ⅵ)废水主要来源于制革、采矿、炼钢等行业,这些废水不仅严重威胁生态系统,还通过食物链累积直接对人体造成不可逆的损伤。含Cr(Ⅵ)废水治理问题亟待解决,而现有处理技术存在处理不彻底、成本高、难度大等问题。本研究以低值兰炭末为原料,通过酸洗-微波活化制备了改性多孔兰炭末(MA-B
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六价铬离子(Cr(Ⅵ))是工业废水中被严格监控的重金属离子之一,具有致癌性、诱变性和致畸性等危害,其排放被严格管控。含Cr(Ⅵ)废水主要来源于制革、采矿、炼钢等行业,这些废水不仅严重威胁生态系统,还通过食物链累积直接对人体造成不可逆的损伤。含Cr(Ⅵ)废水治理问题亟待解决,而现有处理技术存在处理不彻底、成本高、难度大等问题。本研究以低值兰炭末为原料,通过酸洗-微波活化制备了改性多孔兰炭末(MA-BC),对其静态吸附处理模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了实验研究。以MA-BC静态吸附研究为基础,选择MA-BC作为吸附剂和粒子电极,采用动态吸附-电解工艺处理模拟含Cr(Ⅵ)废水,研究了动态吸附和电解的最优工艺条件、MA-BC再生性能及电解产物特性。研究结论如下:(1)经酸洗-微波活化改性的兰炭末比表面积增大到160.69 m~2/g,改性后兰炭末表面的-OH、C=C和-CH3等官能团含量明显增加。在模拟废水Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,p H为2,MA-BC投加量为2 g,吸附时间为210 min的最佳工艺条件下,模拟废水中Cr(Ⅵ)的静态吸附去除率可达到89.21%。该吸附过程服从准二级动力学方程,符合Langmuir吸附等温线模型,理论吸附量为6.255 mg/g,与实验所测的平衡吸附量相吻合。(2)MA-BC动态吸附模拟废水中Cr(Ⅵ)的最优工艺条件为:MA-BC吸附柱高度为30 cm,模拟含Cr(Ⅵ)废水进水浓度为100 mg/L,进水流速为10 m L/min。该最优工艺条件下,MA-BC动态吸附模拟废水中Cr(Ⅵ)的去除率最高可达87.17%。MA-BC动态吸附模拟废水中Cr(Ⅵ)过程符合Thomas和Yoon-Nelson模型,其模型拟合参数可为MA-BC的工业化应用提供了可靠的设计参数。另外,吸附饱和MA-BC的最佳解析再生工艺条件为:解析再生液HNO3浓度为30%,解析温度为70℃,解析再生时间为120 min。吸附饱和的MA-BC经过5次解析再生-吸附后,对模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率仍保持在80%以上,具有稳定的解析再生效果。(3)在极板电压为6 V,极板间距为2 cm,粒子电极投加量为0.75 g和Na2SO4电解质添加量为0.5 g的条件下电解30 min,动态吸附尾液中Cr(Ⅵ)去除率可达96.80%。吸附尾液中Cr(Ⅵ)的有效去除主要是Cr(Ⅵ)在电压作用下还原成Cr(Ⅲ),Cr(Ⅲ)以Cr(OH)3的形式存在于溶液中,最终与Fe(OH)3共沉淀而被去除。通过动态吸附与三维电极电解联合处理可使模拟废水中Cr(Ⅵ)的综合去除率达到99.59%,处理后的溶液中Cr(Ⅵ)的浓度仅为0.41 mg/L,低于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放要求。
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