不同还原剂处理六价铬废水的研究

不同还原剂处理六价铬废水的研究

0废水处理的类型铬广泛应用于皮革、纺织、印刷、涂料和铬行业。水体中的铬污染也主要来源于上述各行业所排放的废水或污水。铬在水中通常以三价和六价两种形态存在,六价铬的毒性远大于三价铬。铬的危害主要表现为皮肤及呼吸系统溃疡、引起脑膜炎和肺癌等。其中六价铬还会引起诸多的其他健康问题,如吸入较高浓度的六价铬化合物会引起流鼻涕、打喷嚏、瘤痒、鼻出血、鼻膜刺激和鼻中隔穿孔;摄入超大剂量的铬会导致肾脏和肝脏的损伤、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡。对于工业领域产生的铬污染而言,由于其产生的量大,国家监管力度也较大,通常都会要求各企业采取应有的处理措施以降低其危害。含铬废水的处理方法按其类型划分主要有三大类,即物理处理法、化学处理法及生物处理法。物理处理法主要有活性炭吸附、膜分离及离子交换法,化学法主要有还原沉淀法,生物法是近十年来出现的一种新型有效的废水处理方法,是通过微生物的新陈代谢、生长繁殖将铬变成无害物质甚至有用物质的一种方法。此外近年来出现了一些对铬废水处理的新方法,如膜分离法和惰性生物吸附法等。对于实验室产生的小量废水而言,其监管和处理力度反而不如工业废水这么完善。随着经济的发展,我国的教育及科研事业得以蓬勃发展。以科研院所及高校为主要排放主体的实验室废水的数量及废水中的各种污染物的种类都在不断增加。实验室废水中除含有洗涤剂及常用溶剂等有机物外,还有较多的酸碱,有毒、有害的有机物及重金属。这些废水与工业废水相比数量少,危害性不易引起重视。但是若不加处理就直接排放,同样会对环境造成极严重的污染。本文主要针对实验室产生的六价铬废水处理进行研究,探寻切实可行的实验室六价铬废水就地处理方法,以满足“绿色校园”建设及节能减排的要求。1实验部分1.1试剂与仪器本实验所用的主要化学试剂有:硫酸(H2SO4,优级纯),北京化工厂;磷酸(H3PO4,分析纯),天津市华东试剂厂;丙酮(C3H6O,分析纯),北京化工厂;重铬酸钾(K2Cr2O7,分析纯),天津市华东试剂厂;偏重亚硫酸钠(Na2S2O5,分析纯),天津市华东试剂厂;无水亚硫酸钠(Na2SO3,分析纯),天津市永大化学试剂有限公司;硫代硫酸钠(Na2S2O3,分析纯),天津市华东试剂厂;硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,分析纯)北京化工厂;氯化亚铁(FeCl2·4H2O,分析纯),西陇化工股份有限公司;二苯碳酰二肼(C13H14N4O,分析纯),天津市华东试剂厂。本实验所用的主要仪器设备有:722型可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司),电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司,上海),pH计及氧化还原电位(ORP)测定仪(河北科瑞达公司)。1.2价铬废水的还原本实验选取焦亚硫酸钠、无水亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁及氯化亚铁5种还原剂对实验室产生的浓度为100mg/L的六价铬废水进行还原反应。实验中六价铬浓度的测定均采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T7467—1987)进行测定。1.2.1%焦亚硫酸钠溶液对甲基苯磺酸钠ph值的影响取废水原样液60mL加入到1号、2号、3号三个烧杯中,依次调节其pH为2、2.5和3,然后分别往三个调节好不同pH值的烧杯中加入浓度为1.644g/L的焦亚硫酸钠溶液11mL,反应20min,取反应后的样液按国标法测定其六价铬浓度;按相同的方法分别做投加量为12,13,14,15,16,17mL的还原反应实验。1.2.2亚硫酸钠溶液实验取废水60mL,按与焦亚硫酸钠还原实验相同的方法与步骤依次投加浓度为2.184g/L的亚硫酸钠溶液13,14,15,16mL进行实验。1.2.3硫代硫酸钠溶液实验取废水60mL,按与焦亚硫酸钠还原实验相同的方法与步骤依次投加浓度为1.608g/L的硫代硫酸钠溶液40,43,44,45,50mL进行实验。1.2.4硫酸亚铁的还原实验取废水60mL,按与焦亚硫酸钠还原实验相同的方法与步骤依次投加18,19,20,21,22mL的硫酸亚铁作为还原剂进行实验。1.2.5亚铁氧化实验取废水60mL,按与焦亚硫酸钠还原实验相同的方法与步骤依次投加18,19,20,21,22mL的硫酸亚铁作为还原剂进行实验。2结果与讨论2.1价铬标准使用液取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铬标准使用液,用水稀释至标线,按前述国标操作方法及步骤测定吸光度值。以六价铬含量为横坐标,相应吸光度为纵坐标绘出标准曲线,标准曲线如图1所示。从图1可知:六价铬标准曲线的相关性系数R2=0.9998,能满足测定要求,为后续六价铬含量的测定提供重要保障。2.2不同恢复剂的去除效果2.2.1焦亚硫酸钠投加量的影响焦亚硫酸钠对六价铬的去除效率如图2所示。由图2可以看出:焦亚硫酸钠在pH=2.5的条件下还原效率最佳,实验最佳投药量为16mL。焦亚硫酸钠与六价铬的理论质量比为2.74。水中六价铬的质量浓度随焦亚硫酸钠投加量的增加而逐渐减少。当焦亚硫酸钠与六价铬的质量比为13.06时,出水中六价铬的质量浓度为0.16mg/L,去除率达99.84%,然后,随着焦亚硫酸钠与六价铬质量比的增加,出水中六价铬保持在相对稳定的浓度。2.2.2亚硫酸钠/六价铬投加量的确定亚硫酸钠对六价铬的去除效率如图3所示。由图3可以看出:亚硫酸钠在pH=2.0的条件下还原效率最佳,实验最佳投药量为15mL。亚硫酸钠与六价铬的理论质量比为3.64。水中六价铬的质量浓度随亚硫酸钠投加量的增加而逐渐减少。当亚硫酸钠与六价铬的质量比为14.36时,出水中六价铬的质量浓度为1.01mg/L,去除率达99.06%。然后,随着亚硫酸钠与六价铬质量比的增加,出水中六价铬变化很小。2.2.3最佳投药量的确定硫代硫酸钠对六价铬的去除效率如图4所示。由图4可以看出:硫代硫酸钠在pH=2.0的条件下还原效率最佳,实验最佳投药量为44mL。硫代硫酸钠与六价铬的理论质量比为1.34。水中六价铬的质量浓度随硫代硫酸钠投加量的增加而逐渐减少。当硫代硫酸钠与六价铬的质量比为29.87时,出水中六价铬的质量浓度为0.80mg/L,去除率达99.28%。然后,随着硫代硫酸钠与六价铬质量比的增加,出水中六价铬变化不大。2.2.4最佳投药量确定硫酸亚铁对六价铬的去除效率如图5所示。由图5可以看出:硫酸亚铁在反应溶液pH为2~3的条件下还原效率相差不大,实验最佳投药量为21mL。硫酸亚铁与六价铬的理论质量比为16。水中六价铬的质量浓度随硫酸亚铁投加量的增加而逐渐减少。当硫代硫酸钠与六价铬的质量比为47.36时,出水中六价铬的质量浓度为0.00mg/L,去除率达100%。2.2.5最佳投药量与质量比氯化亚铁对六价铬的去除效率如图6所示。由图6可以看出:氯化亚铁在反应溶液pH为2~3的条件下还原效率相差不大,实验最佳投药量为21mL。氯化亚铁与六价铬的理论质量比为11.48。水中六价铬的质量浓度随氯化亚铁投加量的增加而逐渐减少。当硫代硫酸钠与六价铬的质量比为33.23时,出水中未检测出六价铬含量,去除率达100%。2.3还原剂用量的确定从上述不同还原剂对六价铬的去除效果可知,单就去除率而言,硫酸亚铁和氯化亚铁的去除效果最佳,达到100%。其次去除率最好的就是焦亚硫酸钠,其最高去除效率达到99.56%。就出水中六价铬浓度而言,焦亚硫酸钠出水中六价铬的含量为0.44mg/L,达到GB8978—1996《污水综合排放标准》规定值(<0.5mg/L),出水总铬测定为1.0mg/L,也达到标准规定的小于1.5mg/L。亚硫酸钠与硫代硫酸钠的还原效果相对较差,出水中六价铬浓度均无法达到GB8978—1996的规定值。为了综合选择最佳的还原剂,本实验对不同还原剂处理相同体积(60mL)废水的经济性进行对照分析。废水浓度为100mg/L,不同还原剂用量按前述实验结果中最佳处理效果对应的用量计算。其分析结果如表1所示。由表1可知:尽管氯化亚铁和硫酸亚铁的处理效率最高,但是两者的成本也最高,而焦亚硫酸钠的处理成本最低,处理每吨浓度为100mg/L的六价铬废水所需要的试剂费用仅为2.86元。综合考虑处理率和经济性两个方面,对实验室六价铬废水的处理以选取焦亚硫酸钠为宜。3种还原剂对6.针对实验室六价铬废水选取焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁、氯化亚铁5种常见的还原剂进行处理研究。焦亚硫酸钠在pH=2.5的条件下处理效果最佳,六价铬的去除率达到99.84%;亚硫酸钠在pH=2.0的条件下处理效果最佳,对应的去除率达到99.06%;硫代硫酸钠在pH=2.0的条件下处理效果最佳,去除率达到99.28;硫酸亚铁和氯化亚铁在反应溶液pH为2~3的条件下去除效果相差不大,两者的去除率都达到100%。就处理