电镀废水处理中的氧化还原电位控制应用

电镀废水处理中的氧化还原电位控制应用

摘要：电镀废水含有剧毒、高污染的氰化物和多种重金属离子。 如果不加以处理和排放，无疑将对人类和其他动物的生命健康以及生态环境造成严重威胁。 本文旨在通过控制含铬废水和含氰废水处理过程中的氧化还原电位，精制六价铬和氰化物离子，降低其毒性。 本文重点分析六价铬离子与氰化物离子氧化还原反应的原理、应用方法及各个控制点，以提高相关污染物的处理效率。

未经处理的电镀废水直接排放危害很大，特别是六价铬离子和氰化物，会对相关水体产生很大的毒性，毒害水体中的动植物。 因此，对含铬废水和含氰废水中的污染成分进行深入分析和研究，彻底处理六价铬和氰化物，完成其无害化处理，具有深远的意义。 在实际处理过程中，主要方法之一是采用氧化还原电位控制方法，根据实际水质添加氧化剂和还原剂，确保含铬废水符合《电镀污染物排放标准》表2的要求。标准》（-2008）对车间出口的具体要求：氰化物完全分解，不再络合物干扰重金属铜离子的沉淀处理。 另外，含铬废水和含氰废水去除特征污染物后，废水水质较为单一。 处理后的尾水可循环利用，可实现水资源的有效节约和再利用。

1 重要反应

氧化还原电位法处理的含铬废水和含氰废水的主要特征污染物指标是六价铬和氰化物，不仅造成相互污染，而且不利于其他重金属物质的处理。 目前成熟的处理方法是控制氧化还原电位法。 六价铬和氰化物分别被NaClO还原和氧化。 相应的氧化还原反应方程式如(1)、(2)和(3)所示。 式(1)中，在强酸性条件下，六价铬通过氧化还原过程还原为三价铬； 式(2)中，氰化物在强碱性条件下转化为氰酸钠，并在强碱性条件下继续转化为氰酸钠。 在中性条件下再次发生氧化还原反应，如式（3）所示，最终在氧化还原过程中被氧化为CO2和N2。 式(2)和(3)分别对应于氰化物氧化还原过程中的第一步和第二步。 二次氧化。

2 氧化还原电位

2.1 氧化还原方程

氧化还原反应的终点需要通过氧化还原电位来控制，反应的具体过程基于能斯特方程。 通过能斯特方程的判断，了解氧化还原电位与废水反应液中氧化或还原物质的具体关系。 另一方面，氧化还原反应过程具体为​​自由电子的转移，如式(4)所示。

其中，Ox和Red分别代表氧化和还原物质。

通过能斯特方程的判断，可以了解氧化还原电位与废水反应液中氧化或还原物质的具体关系，如式（5）所示。

其中，E和E0对应的电势分别为实际状态和标准状态，R和F为常数，分别对应理想气体和法拉第常数。 T和n分别指绝对状态下的温度和电子传递数，aox和aRed指相应的活度，分别对应氧化态和还原态两种不同类型的物质。 如果温度为室温，则方程(5)可以简化为方程(6)。

由上式（6）可以看出，氧化还原电位与物质活度的比值相关。

2.2 影响因素

影响氧化还原电位的因素主要包括以下几个方面。

1) 物质质量分数。 在氧化还原反应过程中，电位发生变化并与反应同步进行。 从还原反应的角度来看，氧化物质和还原物质的活性状态分别变小和变大，因此电位由高变低，而氧化反应的过程则相反。 事实上，废水中污染较严重的成分质量分数较低，基本接近离子活度。 一般情况下，氧化和还原物质的活性可以直接用浓度来表示[2]。

2）pH值。 氢离子和氢氧根离子都参与方程的反应。 它们分别对应还原反应和氧化反应，对应的污染物是六价铬和氰化物。 因此，当pH值发生变化时，必然会影响电位。

3）其他复杂的电对。 电镀工业废水由多种成分组成，不同的电对会以混合电位的形式存在。因此，如果废水中除主要污染物外还含有其他氧化还原物质

成分，整个反应体系的反应过程将变得非常复杂，电位的检测结果将与一般的能斯特方程不一致。 在具体反应过程中，应根据实际情况严格修正。

3 电镀废水的实际应用

3.1 六价铬废水

含铬废水处理过程中，还原Cr2O2-7的过程可用式（7）表示，然后将具体反应过程中各物质的浓度带入能斯特方程，得到式（8） :

由式(8)分析可以看出，还原反应初期六价铬的浓度较高，相应的电势也较高。 当反应逐渐开始并加入亚硫酸氢钠等还原剂时，Cr2O2-7将转化为三价，电势也会降低。 当反应达到一定程度时，Cr2O2-7完全还原，电位降至最低值，可直接作为参考电位。 另外，Cr2O2-7还原过程的pH对应的电位控制点为250mV。 实际反应过程中，Cr2O2-7的完全还原需要电位低于250mV。 此时Cr2O2-7污染物已发生转化，降低了环境毒性。 含铬废水经化学沉淀处理后，六价铬指标可满足车间出口排放标准要求，且电位控制点与pH值具有对应关系。 pH值是整个反应过程中非常重要的影响因素。 由式（7）和（8）可以计算出，当Cr2O2-7、Cr3+、H+的浓度变化10倍时，氧化还原电位的变化值为9.8V、19.7V、138.0V分别。 综上所述，pH的变化对氧化还原电位的变化影响最大，是反应过程中的重要参数。

3.2 氰化物废水

在处理含氰废水过程中，根据一级氧化反应，CN-的氧化过程可表示为式（9），带入能斯特方程可得式（10）：

CN-是还原物质。 随着反应在碱性条件下逐渐进行，浓度不断降低，但同时氧化还原电位逐渐升高。 当电位达到最高时，氰化物已完全氧化，可直接作为参考电位。 当pH值为10～11时，相应的氧化还原电位控制点为350mV。 当电位高于控制参考电位点时，说明CN-已基本完全氧化，达到无害化，后续去除重金属铜离子没有困难。 出色的络合效果。 因此，pH值与氧化还原电位控制参数高度相关。 氢氧根离子在参与整个反应过程中非常关键。 同时，羟基离子物质的浓度也用pH值来表示。 当pH值升高时，电位会降低。 。

4 控制点选择

4.1 含铬废水

在含铬废水处理过程中，六价铬的氧化还原电位最高。 根据滴定曲线可确定氧化还原控制点。 在实际生产操作中用作还原剂。 根据不同pH条件下还原剂的氧化还原电位的变化如图1所示。当pH值在2~3之间时，氧化还原电位差在180~280mV之间，这与分析结果一致上式（7）和（8），即当pH值为2.5时，对应的氧化还原电位结果与250mV一致。

4.2 含氰废水

在处理含氰废水的过程中，同样可以根据滴定曲线确定氧化还原控制点，如图2所示。当该点附近电位突然跳变时，可采用作为参考控制点。 在实际生产应用过程中，pH值为11时相应的氧化还原控制电位在350mV以上。

4.3 复合电镀废水

上述两种情况是只含有一种主要特征污染物的电镀废水，但在实际生产经营过程中，还存在含有CN-和Cr2O2-7的地表废水，以及其他电镀废水。 是的，按照理论参考电位，会有明显偏差，以实际变化为准。 定量步骤如下。

1）将传感器置于复杂电镀废水原水中，测量pH值和初始氧化还原电位； 2）操作时，在碱性条件下，调节pH值至10~11时，加入氧化剂次氯酸钠，以维持氧化。 还原电位在350mV以上，反应充分搅拌，完成一级、二级破氰过程； 3）破氰后，当出水pH值调节至2.5时，加入还原剂溶液还原Cr2O2-7，保持氧化还原电位在250mV以下。 反应充分搅拌后，破铬过程完成； 4）废水经氰化、破铬后，采用化学沉淀法去除相应的重金属铜离子和三价铬离子。 5）实际操作中，应时刻注意氧化还原电位和pH值的变化，及时调整氧化剂、还原剂、液碱、盐酸的用量，确保氰化物和六价铬的彻底去除。

5 结论

通过分析含氰废水、含铬废水、复杂电镀废水的运行工况，精细控制pH值和氧化还原电位参数值，可以有效去除CN-和Cr2O2-7，降低电镀废水的毒性，并打破电镀废水的毒性。 氰化铬分解后的电镀废水，采用化学沉淀去除重金属离子的方法，更能有效保证达到相关标准的要求。 精确控制氧化还原电位参数，可以最大限度地降低污染物浓度，提高化学品使用效率，降低成本，实现社会效益、环境效益、经济效益相结合的复合效益。