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摘要：電鍍廢水中含有毒性很高的、污染性非常強的氰化物及各類重金屬離子等，如果不進行處理排放，無疑對人體及其他動物的生命健康，以及生態環境構成嚴重威脅。本文旨在在含鉻廢水、含氰廢水處理過程中，通過對氧化還原電位的控制，精細化處理六價鉻和氰化物離子，對其進行毒性減弱。本文著重探討分析六價鉻離子、氰化物離子氧化還原反應的原理、應用方式及各項控制要點，提高相關污染物的處理效率。
關鍵詞：電鍍廢水處理；氧化還原電位；控制應用
未經處理的電鍍廢水直接排放危害非常大，尤其是六價鉻離子和氰化物會對相關水體產生很大毒性，毒害水體中的動植物。所以，對含鉻廢水、含氰廢水中的污染成分進行深入分析研究，對六價鉻及氰化物進行徹底處理，完成其無害化過程有著深遠的意義。在實際處理過程中，主要方法之一就是采用控制氧化還原電位方法，根據水質實際情況投加氧化劑及還原劑，從而確保實現含鉻廢水滿足《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）表2中車間排口的具體要求；氰化物破氰完全，不再絡合干擾重金屬銅離子的沉淀處理。另外，含鉻廢水及含氰廢水水質去除特征污染物后，廢水水質較為單一，處理后的尾水可循環利用，能夠實現水資源的有效節約回用。
1重要反應
含鉻廢水、含氰廢水采用氧化還原電位方法處理的主要特征污染物指標分別為六價鉻與氰化物，這兩者不僅本身相互會造成污染，同時也不利于其他重金屬物質的處理[1]。目前處理成熟的方法為控制氧化還原法電位法，六價鉻與氰化物分別采用NaHSO3還原和NaClO氧化，各自所對應的氧化還原反應方程式如（1）、（2）、（3）所示。在式（1）中，在強酸性條件下，六價鉻通過氧化還原過程還原為三價；在式（2）中，氰化物在強堿性條件下轉化為氰酸鈉，繼續在強堿性條件下再次發生氧化還原反應，如式（3）所示，最終在氧化還原過程中被氧化為CO2和N2，式（2）、（3）分別對應氰化物氧化還原過程中的一級和二級氧化。
2氧化還原電位
2.1氧化還原方程
氧化還原反應終點需要通過氧化還原電位進行控制，而反應的具體過程則以能斯特方程為根本依據。通過能斯特方程判斷了解氧化還原電位與廢水反應溶液中氧化或還原態物質的具體關系。從另一個方面講，氧化還原反應過程具體為自由電子的轉移。通過能斯特方程判斷了解氧化還原電位與廢水反應溶液中氧化或還原態物質的具體關系，如式（5）所示。其中，E和E0所對應的電位分別處于實際和標準狀態，R和F均為常數，各自所對應的是理想氣體和法拉第常數。T和n分別指絕對狀態下的溫度和電子轉移數，aox和aRed指相應活度，分別對應的是氧化態和還原態兩種不同類型的物質。如果溫度處于常溫狀態，將式（5）則可簡化為式（6）。由上述式（6）方程可知，氧化還原電位與物質活度的比值相關。
2.2影響因素
能夠影響氧化還原電位的主要因素包括以下幾個方面。1)物質質量分數。在氧化還原反應過程中，電位與反應同步變化、進行。從還原反應方面分析，氧化態物質與還原態物質的活度狀態分別是變小和變大，因此電位的變化狀態是由高至低，氧化反應方面過程則相反。實際上，廢水中污染較為嚴重的成分質量分數較低，基本接近離子活度，通常情況下可直接用濃度表示氧化態和還原態物質的活度[2]。2)酸堿度（pH值）。氫離子與氫氧根離子均參與方程式反應，兩者分別對應的是還原與氧化反應，各自所對應的污染物是六價鉻與氰化物。因此，當pH值產生變化時必然也會影響電位。3)其他復雜電對。電鍍工業廢水由多種成分構成，不同的電對會以混合電位的形式存在。因此如果廢水中包含除主要污染物之外的其他氧化還原成分，整個反應體系反應過程會變十分復雜，電位的檢測結果同一般能斯特方程規律也會不盡相符，在具體反應的過程中應根據實際情況加以嚴格修正。
3電鍍廢水實踐應用
3.1六價鉻廢水
在含鉻廢水處理過程中，還原Cr2O2-7的過程可以用式（7）表示，然后將具體反應過程中各物質的濃度帶入能斯特方程中就可得到式（8）。通過分析式（8）可知:還原反應的初始階段六價鉻濃度較高，所對應的電位也相對較高，當反應逐步開始后投加亞硫酸氫鈉等還原劑，Cr2O2-7會轉化為三價格，電位也會隨之下降。當反應到一定程度時Cr2O2-7被徹底還原后電位降至最低值，可將其直接作為參考電位。另外，Cr2O2-7還原過程的酸堿度所對應的電位控制點為250mV。在實際反應過程中，Cr2O2-7的徹底還原需要電位低于250mV，此時Cr2O2-7污染物已經實現轉化，降低環境毒性[3]，再經過化學沉淀法進行處理，含鉻廢水六價鉻指標能夠滿足車間排口排放標準要求，并且電位控制點與pH值具有對應關系，pH值在整個反應過程中屬于非常重要的影響因素。通過式（7）、（8）計算可得，當Cr2O2-7、Cr3+、H+的物質的量濃度變化10倍時，氧化還原電位的變化值分別為9.8V、19.7V和138.0V。綜上，pH值的變化對氧化還原電位的變化的影響最大，是反應過程中重要的參數。
3.2氰化物廢水
在含氰廢水處理過程中，根據一級氧化反應可知，CN-的氧化過程可表示為式（9），帶入能斯特方程中即可得到式（10）:CN-為還原態物質，在堿性條件下反應逐步開展的過程中濃度持續下降，但同時氧化還原電位逐漸呈上升之勢，電位水平達到最高時氰化物已經被完全氧化，可將其直接作為參考電位。pH值為10~11時所對應的氧化還原電位控制點為350mV，電位高于控制參考電位點時代表CN-已經基本氧化完全，實現無害化，對后續的重金屬銅離子的去除不存在較大絡合影響。因此，pH值與氧化還原電位控制參數高度相關，氫氧離子在參與整個反應過程中十分關鍵，同時氫氧根離子物質的量濃度亦用pH值表示，當pH值上升時，電位則會下降。
4控制點選擇
4.1含鉻廢水
在含鉻廢水處理過程中，氧化還原電位高的是六價鉻，可根據滴定曲線確定氧化還原控制點位，實際生產運營中采用NaHSO3作為還原劑，根據不同pH值條件下，NaHSO3還原劑氧化還原電位變化情況如圖1所示。在pH值等于2~3之間時，氧化還原電位差值介于180~280mV之間，與以上式（7）、（8）的分析結果，即pH值為2.5時，對應的氧化還原電位為250mV的結果相符。
4.2含氰廢水
在處理含氰廢水的過程中，同理可根據滴定曲線確定氧化還原控制點位，如圖2所示。等當點附近電位有突躍時可將其作為參考控制點位。在具體實際生產應用的過程中，pH值為11時的所對應的氧化還原控制電位處于350mV以上。
4.3復雜電鍍廢水
以上所提到的兩種情況都是只含有一種主要特征污染物的電鍍廢水，但在生產實際處理運營過程中還存在地面廢水，既含有CN-，又含有Cr2O2-7，還包括其他電對，按照理論參考電位會明顯出現偏差，應以實際變化情況為準。定量步驟如下。1）將傳感器置于復雜電鍍廢水原水中，測定pH值和初始氧化還原電位；2）在運行過程中，在堿性條件下，調整pH值為10~11時投加氧化劑次氯酸鈉藥劑，維持氧化還原電位350mV以上，充分攪拌反應，完成一級、二級破氰工藝；3）破氰后出水調整pH值為2.5時，投加還原劑NaHSO3溶液還原Cr2O2-7，維持氧化還原電位低于250mV，充分攪拌反應后完成破鉻工藝；4）破氰破鉻后廢水經化學沉淀法去除相應重金屬銅離子和三價鉻離子。5）在實際運行過程中，應時刻注意氧化還原電位及pH值變化情況，及時調整氧化劑、還原劑、液堿、鹽酸的投加量，從而確保氰化物及六價鉻去除完全。
5結語
通過對含氰廢水、含鉻廢水、復雜電鍍廢水的運營情況分析，精細化控制pH值及氧化還原電位的參數值，能夠有效的去除CN-和Cr2O2-7，實現電鍍廢水毒性的降低，破氰破鉻后的電鍍廢水更有效保證再經過化學沉淀法處理去除重金屬離子時能夠滿足相關標準規定的要求。精確控制氧化還原電位參數，能夠最大限度降低污染物濃度，提高藥劑使用效率，降低成本，實現社會效益、環境效益和經濟效益相結合的復合型效益。
參考文獻:
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作者:費西凱 李秀玲 單位:中國啟源工程設計研究院有限公司
