含重金属Cr污水处理实验研究

陈 旭

摘要:文章通过实验,以阳离子交换树脂作交换剂,对含三价铬废水进行交换反应。通过静态实验,分析过程中废水的不同pH值和废水的不同流量对处理效果的影响,结果表明,当废水pH值为4,废水流量为6BV/h,净化效果最好。

关键词:离子交换树脂;含铬废水;静态实验;pH值

中图分类号:X520.6 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)20-0072-01

1铬在水中的危害

铬是水体的主要金属污染物之一。水体铬污染的结果可引起水生生态变化,严重的水污染可以使水生生物死亡,轻度的水污染也影响生物的生长。

铬在水体中以三价铬和六价铬形式存在。三价铬毒性低,在水中不稳定,当pH值6~7时,可形成Cr(OH)3沉淀,10 ppm时使水的生化需氧量减少25%。1 ppm使水浊度增加。六价铬在水体中以铬酸或铬酸盐的形式存在,很稳定,水体对六价铬的自净能力较弱。实验证明,动物对六价铬的吸收率高于三价铬,毒性较大。

2含铬废水的处理

含铬废水必须隔离,不能让其与铵、尿素等混合,这主要是为了减少含铬废水的体积,避免铵和尿素的干扰。在生物处理之前应使废水中铬的浓度达到百万分之10以下。最常用的六价铬处置方法是先将六价铬还原到三价,再用碱沉淀法处理三价铬离子。为了符合越来越严格的排水标准,还可采用离子交换法、反渗透法、石灰絮凝和炭吸附法、溶剂萃取法、蒸发浓缩和电解回收以及化学沉淀法等。

3静态实验

3.1所需树脂量的计算

取废液100 ml,则Cr3+的质量:

1000 mg/L×100 ml=0.1 g

树脂的质量交换容量为:4.4 mmol/g

在工业应用中,废水中的悬浮物容易堵塞树脂的孔隙,油类会裹胁树脂颗粒,造成树脂交换能力降低 ,对每一颗粒树脂来说,其中的交换基团很难完全变成一种离子形式,因此在实验时树脂并不能被完全交换,据资料显示,树脂利用率等于交换前、后交换容量之差,一般树脂的交换能力为全容量交换的60%～70%,本次实验取70%,则每一份静态实验所需的树脂:

0.1/(4.4 mmol/g×52 g/mmol×0.7)=0.6244 g

3.2实验过程

①取样分别置于5个锥形瓶中,各100 ml然后用HCl和NaOH将这些样品调至不同的pH值,分别为:1、2、3、4、7。②分别称取5份0.6244 g干阳树脂,浸泡转型后,将树脂分别倒入5个锥形瓶,然后摇匀。待完全沉底后开始静置。③静置24 h后,取样50 ml。

3.3实验结果分析

为了保证实验的准确,分别做了两组独立的静态实验,第一组里pH值为7时,出水浓度为0,去除率为100%。分析实验过程,应该是在调pH值时,由于调到7,加了过量的NaOH,生成了大量的Cr(OH)3沉淀,取样时取的是上层澄清溶液,导致溶液中几乎无Cr3+,所以就产生了此现象。于是我取第二组数据来进行实验分析,从相关数据得出,去除率相对较高的是pH值为4,当pH值为1、2时,去除率偏底,pH值为3、4、7时都高,但pH值为7时又相对降低。可见,阳树脂在偏酸条件下交换能力强。根据Cr3+ +3OH-=Cr(OH)3↓,Cr3+在碱性环境中易生成Cr(OH)3沉淀,树脂不能将Cr(OH)3沉淀交换,树脂的交换能力不高。在酸性环境中,不易生成Cr(OH)3沉淀,所以树脂的交换能力强。但是酸性太强,会发生以下反应:Cr3+-3e→Cr6+,或生成铬酸根水合离子,不能和树脂交换,从而使树脂的交换能力下降,去除率低。

本次实验室内温度是200℃,通过实验,升高温度对实验有影响,据资料显示,水温的升高除了可加速离子交换的扩散反应外,也可能引起树脂的分解如{RHSO3+H20(>100℃)一→RH+H2S04}而破坏树脂的交换能力,一般阳树脂最高使用温度小于100℃。

综上所述,当在溶液pH值为4时,阳树脂离子交换能力最强。

4实验结论

通过几组不同pH值的静态实验,证明阳离子交换树脂在废水条件pH值为4时,它的交换能力最好。通过全流程稳定性交换实验,对2 000 mg/L的含铬废水,在废水pH值为4和废水流量为6BV时,阳离子交换树脂的累积交换体积是床体积的2～30倍。

参考文献:

[1] 雷仲存,钱凯,刘念华,等.工业水处理原理及应用[M].北京:工业出版社,2003.

[2] 崔玉川,杨崇豪,张东伟,等.城市污水回用深度处理设施设计计算[M].北京:化学工业出版社,2003.