化学还原法处理Cr(Ⅵ)废水沉淀及过滤效能

Posted 2023-01-12 絮凝

篇首语：不要为成功而努力，要为作一个有价值的人而努力。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了化学还原法处理Cr(Ⅵ)废水沉淀及过滤效能相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目的研究硫化亚铁(FeS)化学还原法处理Cr(Ⅵ)废水产生的沉淀物质与水分离的特性.方法采用硫化亚铁(FeS)与废水经化学还原反应后，沉淀、无机高分子絮凝剂絮凝沉淀、过滤方法.结果在单纯FeS还原反应-沉淀实验中，随着反应时间和沉淀时间的增加，对Cr(Ⅵ)的去除率也随之增加.化学还原-无机高分子絮凝剂絮凝-沉淀实验中，絮凝时间对Cr(Ⅵ)的去除效果起到重要作用，投加絮凝剂后对Cr(Ⅵ)的去除效果最好的是在絮凝时间为20min，沉淀时间为90min的时候，投加絮凝剂PAC对Cr(Ⅵ)的去除率为63.47%.过滤后，去除率可达99.77%和99.89%，Cr(Ⅵ)质量浓度降至0.16mg/L和0.08mg/L，达到排放标准.结论FeS的化学还原-沉淀-过滤法和化学还原-无机高分子絮凝剂絮凝-沉淀-过滤法均能有效去除Cr(Ⅵ)达到排放标准.
引言
铬是五毒元素之一，Cr(Ⅵ)具有致癌作用，且对人体皮肤、黏膜具有强烈的刺激性，严重威人类的健康.电镀废水是污染最严重的含铬废之一，含国家限制排放的元素.目前国内处含铬废水的方法有多种，其中常用的有电解法离子交换法.虽然这两种方法的出水水质有足的保证，但是一次性投资较高.FeS化学还原去除Cr(Ⅵ)有较好的效果[3-4]，而且原料来源泛，价格便宜.近年来，对含Cr(Ⅵ)的化工废处理的研究以铁的硫化物为去除剂的较多，因电子供体的容量大，反应后产生Fe(ⅲ)絮凝物，能较好的沉淀铬元素，从而表现出了良好的去除效果.笔者通过考察硫化亚铁与Cr(Ⅵ)废水，经还原反应后的反应产物与水分离特性的实验分析，为工程应用提供参考.
1 实验方法
1.1 实验仪器
Unico可见光分光光度计；分析天平；pH试纸；ZDP-150型恒温振荡培养箱.
1.2 实验材料
实验用分析纯FeS，纯度≥70%，不溶于水.实验用水为模拟锦江电机厂Cr(Ⅵ)的质量浓度为66mg/L的废水，采用人工配置方法.各离子含量见表1.测得原水质量浓度范围67.35～69.13mg/L.
表1 实验水质成分mg/L
ρ(Cr(Ⅵ))ρ(Zn(Ⅱ))ρ(Ni(Ⅱ))ρ(Cu(Ⅱ))ρ(Cd(Ⅱ))ρ(Pb(Ⅱ))
6686931
混凝剂：聚合氯化铝(PAC)，聚合硫酸铁(PFS)，聚合氯化铝铁(PAFC)等药品来自江苏宜兴天使化学有限公司.
1.3 实验方法
还原反应-沉淀实验，用体积比1∶1的磷酸溶液将水样的pH调至4.0.吸取50mL溶液移至数个100mL锥形瓶中，加入粒径为0.08～0.11mm的FeS各100mg，然后放入ZDP-150型恒温振荡培养箱中振荡反应.沉淀相应时间后测定水样中Cr(Ⅵ)质量浓度.
还原反应-絮凝-沉淀实验，重复上述反应过程，反应时间为10min.向水样中分加入1m质量浓度为5mg/mL的3种絮凝剂，振荡1min.将振荡速率调整为60r/min，振荡絮凝所需时间，静止在实验台上沉淀所需时间.移取上清液用分光光度计测定Cr(Ⅵ)含量.保留2个水样不加絮凝剂，作对比.
过滤实验，按照上述两部分实验内容各自去除效果最好条件下水样，进行过滤.
1.4 分析方法
按照国标GB7466-87，二苯碳酰二肼分光光度法进行六价铬的分析测试.
2 结果与讨论
2.1 不同反应和沉淀时间条件下的沉淀性能
还原反应-沉淀实验，在特定反应时间的沉淀时间下的沉淀效能.如图1.

由图1可知，随着沉淀时间的增加，Cr(Ⅵ)的去除率也随之增加，但增加的幅度大小有所不同.在反应时间为20min的条件下，Cr(Ⅵ)离子的去除率增加的速率最快，沉淀时间为90min时，Cr(Ⅵ)离子的去除率达52.9%；反应时间为15min的次之；反应时间为10min对Cr(Ⅵ)的去除率增加的速率最慢，去除率最低，在沉淀时间为90min时，Cr(Ⅵ)的去除率仅为5.77%.
2.2 不同絮凝剂条件下的沉淀效能
还原反应-絮凝-沉淀实验，反应时间为10min.不同絮凝剂条件下的沉淀效能如图2、图3和图4.

由图2、图3和图4可见，投加絮凝剂的试样体现出了更好的效果.絮凝10min沉淀90min的条件下，投加PAC，PAFC和PFS比照未投加的去除率分别提高了6.41、1.22和17.22个百分点.絮凝15min沉淀90min的条件下，去除率分别提高了11.67、11.10和17.37个百分点.絮凝20min沉淀90min的条件下，去除率分别提高了10.57、5.66和9.14个百分点.
从上面的数据可以看出，絮凝时间较短时，如10min和15min，投加PFS对Cr(Ⅵ)的去除率提高的效果较其他两种更具优势.絮凝20min沉淀90min时，三种絮凝剂效果大致相同，PAC显优势.
图2中投加PFS的曲线在沉淀40min后去除率提高较明显，其原因是PFS本身含有大量的聚合离子，如：Fe(OH)+，Fe3(OH)3+6等，可以利用聚合阳离子发挥电荷中和和架桥絮凝的作用，而不像其他絮凝剂那样先水解，待形成聚合阳离子后在发挥絮凝作用，因而絮凝体形成较快，颗粒密实，相对密度大，沉降速度快，所以在相对较短的絮凝和沉淀时间里体现出优于其他絮凝剂的效果.
由上述实验分析得到投加絮凝剂对Cr(Ⅵ)的去除效果最佳的条件是在絮凝时间20min，沉淀时间为90min的时候，投加絮凝剂PAC，对Cr(Ⅵ)的去除率达63.47%.
2.3 不同反应和絮凝温度条件下的沉淀效能
重复上述实验过程，只改变反应和絮凝温度为10℃和20℃.原水Cr(Ⅵ)浓度66.80mg/L.实验结果见图5.

由图5可知，振荡培养箱设置为25℃时C(Ⅵ)去除率要10℃时高.在沉淀时间90min时，去除率差值最大，25℃的去除率可达74.01%，比10℃高10.71个百分点.
2.4 过滤对Cr(Ⅵ)的去除效果
取还原反应-沉淀实验和还原反应-絮凝-沉淀实验的最佳去除条件，重复实验，将试样进行过滤，实验结果见图6.还原反应、沉淀实验时间均是20min.
由图6可以看出，粗滤能有效地将Cr(VI)从水体中分离出来.还原反应-沉淀实验中，反应20min沉淀90min的条件下，不过滤的去除率为52.90%，而粗滤的效果为99.77%，提高了1.88倍；还原反应-絮凝-沉淀实验中，这两个去除率分别为63.47%和99.88%，提高了1.57倍.在加絮凝和不加絮凝剂粗滤的实验对比中可以看到，加入絮凝剂在沉淀40min时Cr(VI)的残余质量浓度为0.46mg/L，已达到排放标准；未加絮凝剂的残余质量浓度是排放标准的1.32倍.

3 结论
(1)还原反应-沉淀，Cr(Ⅵ)的去除率随着反应和沉淀时间的增加而增加.
(2)还原反应-絮凝-沉淀实验，絮凝时间10min和15min时，投加絮凝剂PFS对Cr(Ⅵ)的去除率提高较明显.絮凝时间20min，投加絮凝剂PAC对Cr(Ⅵ)的去除效果最佳，在沉淀90min时去除率可达63.47%，这也是投加絮凝剂的最佳条件.
(3)反应和絮凝温度对去除效果有一定影响.温度为25℃时，Cr(Ⅵ)去除率要比温度为10℃时的去除率高，其中在沉淀时间为90min时，25℃和10℃时对Cr(Ⅵ)去除率差距最大.
(4)过滤能有效使Cr(VI)与水体分离，从而达到去除Cr(VI)的目的，相对投加絮凝剂和未投加絮凝剂在沉淀90min时，对Cr(VI)去除率分别提升为原来的1.57和1.88倍.
(5)加FeS反应20min，投加絮凝剂PAC絮凝20min，沉淀时间40min后，过滤，出水Cr(VI)质量浓度降至0.46mg/L，达到排放标准.