擴(kuò)散滲析-電滲析法處理鋼鐵廠酸洗廢水的研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，市場對鋼材的需求量越來越大，與此同時(shí)，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的酸洗、軋鋼、冷卻等工業(yè)廢水量也大大增加。酸洗廢水屬酸性廢水，含有鐵、鉻、鎳、氯、氟等多種無機(jī)污染物，如不經(jīng)處理就直接排放，既會嚴(yán)重污染水環(huán)境，又將浪費(fèi)大量寶貴資源。研究以國家資源、環(huán)境等發(fā)展方向?yàn)楸尘?，以膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)酸洗廢水零排放為切入點(diǎn)，分析膜分離過程應(yīng)用中的共性科學(xué)問題，重點(diǎn)研究適用于鹽酸酸洗廢水處理的陰離子交換膜的選擇、電滲析用陽極材料的制備和擴(kuò)

2、散滲析-電滲析聯(lián)合工藝處理鋼鐵廠鹽酸酸洗廢水的可行性及其影響因素。
　　從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，傳統(tǒng)的中和處理法無法經(jīng)濟(jì)高效的處理鹽酸酸洗廢水。因此研究首先對膜分離技術(shù)處理鹽酸酸洗廢水的機(jī)理進(jìn)行分析，從而選擇擴(kuò)散滲析和電滲析技術(shù)同時(shí)回收酸洗廢水中的酸和鐵;離子交換膜和電極是擴(kuò)散滲析和電滲析技術(shù)的關(guān)鍵部件，因此，研究將選擇一種分離性能好、交換容量大的陰離子交換膜，提高擴(kuò)散滲析分離鹽酸酸洗廢水中酸和鹽的分離效率，確保擴(kuò)散滲析體系高效穩(wěn)

3、定長期運(yùn)行。以在酸性介質(zhì)中使用時(shí)具有較好的穩(wěn)定性和活性非貴金屬氧化物為活性組分，用涂刷熱分解法和電沉積法制備“尺寸穩(wěn)定陽極”(Dimensionally Stable Anode，DSA)，并對所制備的陽極進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)測試和X射線能譜(EDX)分析，進(jìn)而考察它對鹽酸酸洗廢水的處理效果。此外，研究將擴(kuò)散滲析和電滲析兩種技術(shù)聯(lián)合后用于鋼鐵廠鹽酸酸洗廢水的處理，并考察酸洗廢水水質(zhì)、流量及蒸餾水與廢水的流量比、電滲析裝置進(jìn)水水質(zhì)

4、、槽電壓等操作條件對處理效果的影響，進(jìn)而對聯(lián)合工藝的影響因素進(jìn)行優(yōu)化，探討其可行性。
　　分別采用DF120型均相陰離子交換膜和3362型異相陰離子交換膜進(jìn)行靜態(tài)擴(kuò)散滲析實(shí)驗(yàn)，測定若干組相應(yīng)時(shí)間擴(kuò)散滲析裝置左右兩室溶質(zhì)濃度差，根據(jù)Fick擴(kuò)散定律求出Cl-和Fe2+的滲析速率及Fe2+透過膜的偏通量，考察不同陰離子交換膜對酸洗廢水中酸和鹽的分離效果。結(jié)果表明采用DF120型和3362型膜時(shí)，Cl-的平均滲析速率分別為5.46×10

5、-3 m/h和2.44×10-3 m/h，F(xiàn)e2+的平均滲析速率分別為2.67×10-4 m/h和1.49×10-4m/h，F(xiàn)e2+透過膜的平均偏通量分別為0.85％和0.9％，對HCl-FeCl2的平均分離系數(shù)分別為23.7和16.4，DF120型膜具有更好的交換容量和分離性能。在動態(tài)擴(kuò)散滲析實(shí)驗(yàn)中，采用DF120膜時(shí)，酸回收率達(dá)到67.5％，回收酸中鹽酸濃度為0.20mol/L，F(xiàn)e2+濃度小于0.002 mol/L，平均Fe2+泄

6、漏率為7.3％。
　　采用電沉積法和涂刷熱分解法制備鈦基二氧化鉛陽極(Ti/PbO2)、鈦基錫銻金屬氧化物涂層陽極(Ti/SnO2-Sb2O3)和帶有錫銻金屬氧化物中間層的改性鈦基二氧化鉛陽極(Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2)。通過SEM及EDX分析，當(dāng)涂液中溶質(zhì)配比Sn∶Sb=94∶6，溶劑為乙醇，烘干溫度為110℃，烘干時(shí)間為10min，熱分解溫度為500℃，氧化時(shí)間為15min，電流密度為20mA/cm2時(shí)，制備出的T

7、i/SnO2-Sb2O3/PbO2陽極涂層表面晶體完整、致密均勻，且結(jié)晶比Ti/PbO2和Ti/SnO2-Sb2O3陽極明顯細(xì)化，涂層不易脫落，電極的工作壽命更長;同時(shí)由于PbO2表層晶體結(jié)構(gòu)的改善，不僅使電極具有更好的電化學(xué)活性，在酸性介質(zhì)中也具有更好的耐腐蝕性。用三種DSA陽極和石墨陽極處理鹽酸酸洗廢水時(shí)的鐵回收率分別為75.1％、90.3％、91.7％和54.5％，耗電量分別為3.17、2.84、2.57、5.95KWh/KgFe

8、，DSA陽極的處理效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)石墨陽極，Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2陽極的處理效果最好。
　　以Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2為陽極，進(jìn)行靜態(tài)電滲析實(shí)驗(yàn)，考察槽電壓、電解時(shí)間、陰極液pH及Fe2+濃度、陽極液pH對處理效果的影響，當(dāng)采用篩選出的最優(yōu)化控制參數(shù)時(shí)，鐵回收率可達(dá)90％，陰極出水pH為5.13，F(xiàn)e2+濃度小于40mg/L;陽極出水pH為1.08，F(xiàn)e2+濃度小于10mg/L。在動態(tài)電滲析實(shí)驗(yàn)中，考察槽

9、電壓及陰陽極液流量對處理效果的影響，當(dāng)采用篩選出的最優(yōu)化控制參數(shù)時(shí)，鐵回收率可達(dá)91.8％，電流效率可達(dá)70.3％，陰極室出水pH值可達(dá)6.00，F(xiàn)e2+濃度小于60mg/L，陽極室出水pH可達(dá)1.00，F(xiàn)e2+濃度小于25mg/L。
　　將擴(kuò)散滲析和電滲析技術(shù)聯(lián)合后處理某鋼鐵廠產(chǎn)生的鹽酸酸洗廢水，并使用DF120型膜和Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2陽極，采用篩選出的最優(yōu)化控制參數(shù)，回收酸濃度平均為0.2mol/L，酸回收率

10、平均為66.7％;出水中Fe2+濃度平均為99.5mg/L，鐵回收率可達(dá)88％;出水中氯離子濃度平均為5352mg/L，氯離子去除率平均為73.4％。系統(tǒng)的平均耗電量為2.81 KWh/KgFe，平均電流效率可達(dá)81.7％。
　　研究結(jié)果表明，適用于擴(kuò)散滲析-電滲析聯(lián)合工藝處理鹽酸酸洗廢水的陰離子交換膜的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮膜的離子遷移數(shù)、含水量、交換容量、物理和化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過改性的鈦基二氧化鉛陽極對鹽酸酸洗廢水的處理效果更為顯著。采