不同還原劑處理六價(jià)鉻廢水的研究

不同還原劑處理六價(jià)鉻廢水的研究

0廢水處理的類型鉻廣泛應(yīng)用于皮革、紡織、印刷、涂料和鉻行業(yè)。水體中的鉻污染也主要來源于上述各行業(yè)所排放的廢水或污水。鉻在水中通常以三價(jià)和六價(jià)兩種形態(tài)存在,六價(jià)鉻的毒性遠(yuǎn)大于三價(jià)鉻。鉻的危害主要表現(xiàn)為皮膚及呼吸系統(tǒng)潰瘍、引起腦膜炎和肺癌等。其中六價(jià)鉻還會引起諸多的其他健康問題,如吸入較高濃度的六價(jià)鉻化合物會引起流鼻涕、打噴嚏、瘤癢、鼻出血、鼻膜刺激和鼻中隔穿孔;攝入超大劑量的鉻會導(dǎo)致腎臟和肝臟的損傷、惡心、胃腸道刺激、胃潰瘍、痙攣甚至死亡。對于工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的鉻污染而言,由于其產(chǎn)生的量大,國家監(jiān)管力度也較大,通常都會要求各企業(yè)采取應(yīng)有的處理措施以降低其危害。含鉻廢水的處理方法按其類型劃分主要有三大類,即物理處理法、化學(xué)處理法及生物處理法。物理處理法主要有活性炭吸附、膜分離及離子交換法,化學(xué)法主要有還原沉淀法,生物法是近十年來出現(xiàn)的一種新型有效的廢水處理方法,是通過微生物的新陳代謝、生長繁殖將鉻變成無害物質(zhì)甚至有用物質(zhì)的一種方法。此外近年來出現(xiàn)了一些對鉻廢水處理的新方法,如膜分離法和惰性生物吸附法等。對于實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的小量廢水而言,其監(jiān)管和處理力度反而不如工業(yè)廢水這么完善。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國的教育及科研事業(yè)得以蓬勃發(fā)展。以科研院所及高校為主要排放主體的實(shí)驗(yàn)室廢水的數(shù)量及廢水中的各種污染物的種類都在不斷增加。實(shí)驗(yàn)室廢水中除含有洗滌劑及常用溶劑等有機(jī)物外,還有較多的酸堿,有毒、有害的有機(jī)物及重金屬。這些廢水與工業(yè)廢水相比數(shù)量少,危害性不易引起重視。但是若不加處理就直接排放,同樣會對環(huán)境造成極嚴(yán)重的污染。本文主要針對實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的六價(jià)鉻廢水處理進(jìn)行研究,探尋切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)室六價(jià)鉻廢水就地處理方法,以滿足“綠色校園”建設(shè)及節(jié)能減排的要求。1實(shí)驗(yàn)部分1.1試劑與儀器本實(shí)驗(yàn)所用的主要化學(xué)試劑有:硫酸(H2SO4,優(yōu)級純),北京化工廠;磷酸(H3PO4,分析純),天津市華東試劑廠;丙酮(C3H6O,分析純),北京化工廠;重鉻酸鉀(K2Cr2O7,分析純),天津市華東試劑廠;偏重亞硫酸鈉(Na2S2O5,分析純),天津市華東試劑廠;無水亞硫酸鈉(Na2SO3,分析純),天津市永大化學(xué)試劑有限公司;硫代硫酸鈉(Na2S2O3,分析純),天津市華東試劑廠;硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O,分析純)北京化工廠;氯化亞鐵(FeCl2·4H2O,分析純),西隴化工股份有限公司;二苯碳酰二肼(C13H14N4O,分析純),天津市華東試劑廠。本實(shí)驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備有:722型可見分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司),電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司,上海),pH計(jì)及氧化還原電位(ORP)測定儀(河北科瑞達(dá)公司)。1.2價(jià)鉻廢水的還原本實(shí)驗(yàn)選取焦亞硫酸鈉、無水亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵及氯化亞鐵5種還原劑對實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的濃度為100mg/L的六價(jià)鉻廢水進(jìn)行還原反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中六價(jià)鉻濃度的測定均采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T7467—1987)進(jìn)行測定。1.2.1%焦亞硫酸鈉溶液對甲基苯磺酸鈉ph值的影響取廢水原樣液60mL加入到1號、2號、3號三個(gè)燒杯中,依次調(diào)節(jié)其pH為2、2.5和3,然后分別往三個(gè)調(diào)節(jié)好不同pH值的燒杯中加入濃度為1.644g/L的焦亞硫酸鈉溶液11mL,反應(yīng)20min,取反應(yīng)后的樣液按國標(biāo)法測定其六價(jià)鉻濃度;按相同的方法分別做投加量為12,13,14,15,16,17mL的還原反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。1.2.2亞硫酸鈉溶液實(shí)驗(yàn)取廢水60mL,按與焦亞硫酸鈉還原實(shí)驗(yàn)相同的方法與步驟依次投加濃度為2.184g/L的亞硫酸鈉溶液13,14,15,16mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.2.3硫代硫酸鈉溶液實(shí)驗(yàn)取廢水60mL,按與焦亞硫酸鈉還原實(shí)驗(yàn)相同的方法與步驟依次投加濃度為1.608g/L的硫代硫酸鈉溶液40,43,44,45,50mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.2.4硫酸亞鐵的還原實(shí)驗(yàn)取廢水60mL,按與焦亞硫酸鈉還原實(shí)驗(yàn)相同的方法與步驟依次投加18,19,20,21,22mL的硫酸亞鐵作為還原劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.2.5亞鐵氧化實(shí)驗(yàn)取廢水60mL,按與焦亞硫酸鈉還原實(shí)驗(yàn)相同的方法與步驟依次投加18,19,20,21,22mL的硫酸亞鐵作為還原劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2結(jié)果與討論2.1價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液取9支50mL比色管,依次加入0.00,0.20,0.50,1.00,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00mL鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液,用水稀釋至標(biāo)線,按前述國標(biāo)操作方法及步驟測定吸光度值。以六價(jià)鉻含量為橫坐標(biāo),相應(yīng)吸光度為縱坐標(biāo)繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線,標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。從圖1可知:六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)性系數(shù)R2=0.9998,能滿足測定要求,為后續(xù)六價(jià)鉻含量的測定提供重要保障。2.2不同恢復(fù)劑的去除效果2.2.1焦亞硫酸鈉投加量的影響焦亞硫酸鈉對六價(jià)鉻的去除效率如圖2所示。由圖2可以看出:焦亞硫酸鈉在pH=2.5的條件下還原效率最佳,實(shí)驗(yàn)最佳投藥量為16mL。焦亞硫酸鈉與六價(jià)鉻的理論質(zhì)量比為2.74。水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度隨焦亞硫酸鈉投加量的增加而逐漸減少。當(dāng)焦亞硫酸鈉與六價(jià)鉻的質(zhì)量比為13.06時(shí),出水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度為0.16mg/L,去除率達(dá)99.84%,然后,隨著焦亞硫酸鈉與六價(jià)鉻質(zhì)量比的增加,出水中六價(jià)鉻保持在相對穩(wěn)定的濃度。2.2.2亞硫酸鈉/六價(jià)鉻投加量的確定亞硫酸鈉對六價(jià)鉻的去除效率如圖3所示。由圖3可以看出:亞硫酸鈉在pH=2.0的條件下還原效率最佳,實(shí)驗(yàn)最佳投藥量為15mL。亞硫酸鈉與六價(jià)鉻的理論質(zhì)量比為3.64。水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度隨亞硫酸鈉投加量的增加而逐漸減少。當(dāng)亞硫酸鈉與六價(jià)鉻的質(zhì)量比為14.36時(shí),出水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度為1.01mg/L,去除率達(dá)99.06%。然后,隨著亞硫酸鈉與六價(jià)鉻質(zhì)量比的增加,出水中六價(jià)鉻變化很小。2.2.3最佳投藥量的確定硫代硫酸鈉對六價(jià)鉻的去除效率如圖4所示。由圖4可以看出:硫代硫酸鈉在pH=2.0的條件下還原效率最佳,實(shí)驗(yàn)最佳投藥量為44mL。硫代硫酸鈉與六價(jià)鉻的理論質(zhì)量比為1.34。水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度隨硫代硫酸鈉投加量的增加而逐漸減少。當(dāng)硫代硫酸鈉與六價(jià)鉻的質(zhì)量比為29.87時(shí),出水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度為0.80mg/L,去除率達(dá)99.28%。然后,隨著硫代硫酸鈉與六價(jià)鉻質(zhì)量比的增加,出水中六價(jià)鉻變化不大。2.2.4最佳投藥量確定硫酸亞鐵對六價(jià)鉻的去除效率如圖5所示。由圖5可以看出:硫酸亞鐵在反應(yīng)溶液pH為2~3的條件下還原效率相差不大,實(shí)驗(yàn)最佳投藥量為21mL。硫酸亞鐵與六價(jià)鉻的理論質(zhì)量比為16。水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度隨硫酸亞鐵投加量的增加而逐漸減少。當(dāng)硫代硫酸鈉與六價(jià)鉻的質(zhì)量比為47.36時(shí),出水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度為0.00mg/L,去除率達(dá)100%。2.2.5最佳投藥量與質(zhì)量比氯化亞鐵對六價(jià)鉻的去除效率如圖6所示。由圖6可以看出:氯化亞鐵在反應(yīng)溶液pH為2~3的條件下還原效率相差不大,實(shí)驗(yàn)最佳投藥量為21mL。氯化亞鐵與六價(jià)鉻的理論質(zhì)量比為11.48。水中六價(jià)鉻的質(zhì)量濃度隨氯化亞鐵投加量的增加而逐漸減少。當(dāng)硫代硫酸鈉與六價(jià)鉻的質(zhì)量比為33.23時(shí),出水中未檢測出六價(jià)鉻含量,去除率達(dá)100%。2.3還原劑用量的確定從上述不同還原劑對六價(jià)鉻的去除效果可知,單就去除率而言,硫酸亞鐵和氯化亞鐵的去除效果最佳,達(dá)到100%。其次去除率最好的就是焦亞硫酸鈉,其最高去除效率達(dá)到99.56%。就出水中六價(jià)鉻濃度而言,焦亞硫酸鈉出水中六價(jià)鉻的含量為0.44mg/L,達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定值(<0.5mg/L),出水總鉻測定為1.0mg/L,也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小于1.5mg/L。亞硫酸鈉與硫代硫酸鈉的還原效果相對較差,出水中六價(jià)鉻濃度均無法達(dá)到GB8978—1996的規(guī)定值。為了綜合選擇最佳的還原劑,本實(shí)驗(yàn)對不同還原劑處理相同體積(60mL)廢水的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對照分析。廢水濃度為100mg/L,不同還原劑用量按前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中最佳處理效果對應(yīng)的用量計(jì)算。其分析結(jié)果如表1所示。由表1可知:盡管氯化亞鐵和硫酸亞鐵的處理效率最高,但是兩者的成本也最高,而焦亞硫酸鈉的處理成本最低,處理每噸濃度為100mg/L的六價(jià)鉻廢水所需要的試劑費(fèi)用僅為2.86元。綜合考慮處理率和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面,對實(shí)驗(yàn)室六價(jià)鉻廢水的處理以選取焦亞硫酸鈉為宜。3種還原劑對6.針對實(shí)驗(yàn)室六價(jià)鉻廢水選取焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵、氯化亞鐵5種常見的還原劑進(jìn)行處理研究。焦亞硫酸鈉在pH=2.5的條件下處理效果最佳,六價(jià)鉻的去除率達(dá)到99.84%;亞硫酸鈉在pH=2.0的條件下處理效果最佳,對應(yīng)的去除率達(dá)到99.06%;硫代硫酸鈉在pH=2.0的條件下處理效果最佳,去除率達(dá)到99.28;硫酸亞鐵和氯化亞鐵在反應(yīng)溶液pH為2~3的條件下去除效果相差不大,兩者的去除率都達(dá)到100%。就處理