擴散滲析-電滲析法處理鋼鐵廠酸洗廢水的研究.pdf

1、隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，市場對鋼材的需求量越來越大，與此同時，鋼鐵行業(yè)產生的酸洗、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、氟等多種無機污染物，如不經處理就直接排放，既會嚴重污染水環(huán)境，又將浪費大量寶貴資源。研究以國家資源、環(huán)境等發(fā)展方向為背景，以膜分離技術實現鋼鐵行業(yè)酸洗廢水零排放為切入點，分析膜分離過程應用中的共性科學問題，重點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

2、散滲析-電滲析聯合工藝處理鋼鐵廠鹽酸酸洗廢水的可行性及其影響因素。
　　從技術和經濟兩方面考慮，傳統(tǒng)的中和處理法無法經濟高效的處理鹽酸酸洗廢水。因此研究首先對膜分離技術處理鹽酸酸洗廢水的機理進行分析，從而選擇擴散滲析和電滲析技術同時回收酸洗廢水中的酸和鐵;離子交換膜和電極是擴散滲析和電滲析技術的關鍵部件，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，提高擴散滲析分離鹽酸酸洗廢水中酸和鹽的分離效率，確保擴散滲析體系高效穩(wěn)

3、定長期運行。以在酸性介質中使用時具有較好的穩(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行掃描電子顯微鏡(SEM)測試和X射線能譜(EDX)分析，進而考察它對鹽酸酸洗廢水的處理效果。此外，研究將擴散滲析和電滲析兩種技術聯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、流量及蒸餾水與廢水的流量比、電滲析裝置進水水質

4、、槽電壓等操作條件對處理效果的影響，進而對聯合工藝的影響因素進行優(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行靜態(tài)擴散滲析實驗，測定若干組相應時間擴散滲析裝置左右兩室溶質濃度差，根據Fick擴散定律求出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。結果表明采用DF120型和3362型膜時，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，Fe2+的平均滲析速率分別為2.67×10-4 m/h和1.49×10-4m/h，Fe2+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)擴散滲析實驗中，采用DF120膜時，酸回收率達到67.5％，回收酸中鹽酸濃度為0.20mol/L，Fe2+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，當涂液中溶質配比Sn∶Sb=94∶6，溶劑為乙醇，烘干溫度為110℃，烘干時間為10min，熱分解溫度為500℃，氧化時間為15min，電流密度為20mA/cm2時，制備出的T

7、i/SnO2-Sb2O3/PbO2陽極涂層表面晶體完整、致密均勻，且結晶比Ti/PbO2和Ti/SnO2-Sb2O3陽極明顯細化，涂層不易脫落，電極的工作壽命更長;同時由于PbO2表層晶體結構的改善，不僅使電極具有更好的電化學活性，在酸性介質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，進行靜態(tài)電滲析實驗，考察槽電壓、電解時間、陰極液pH及Fe2+濃度、陽極液pH對處理效果的影響，當采用篩選出的最優(yōu)化控制參數時，鐵回收率可達90％，陰極出水pH為5.13，Fe2+濃度小于40mg/L;陽極出水pH為1.08，Fe2+濃度小于10mg/L。在動態(tài)電滲析實驗中，考察槽

9、電壓及陰陽極液流量對處理效果的影響，當采用篩選出的最優(yōu)化控制參數時，鐵回收率可達91.8％，電流效率可達70.3％，陰極室出水pH值可達6.00，Fe2+濃度小于60mg/L，陽極室出水pH可達1.00，Fe2+濃度小于25mg/L。
　　將擴散滲析和電滲析技術聯合后處理某鋼鐵廠產生的鹽酸酸洗廢水，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，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81.7％。
　　研究結果表明，適用于擴散滲析-電滲析聯合工藝處理鹽酸酸洗廢水的陰離子交換膜的選擇應重點考慮膜的離子遷移數、含水量、交換容量、物理和化學穩(wěn)定性。經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