化学沉淀法处理高盐废水中5种金属离子的脱除工艺研究*

李建荣，孙艺萍，罗桂林，陈兵兵，郭广君

(1 宁夏理工学院理学与化学工程学院，宁夏 石嘴山 753000；2 宁夏食品安全协会，宁夏 银川 750001)

随着社会经济的快速发展，对于环境的破坏也变得越来越严重，我国正面临着严重的环境问题。在众多的环境污染中，水资源的污染逐渐受到越来越多的关注[1-3]。如果大量有毒、有害污染物任意排放，就会对生态环境造成污染，从而影响人们的日常生活[4-7]；高盐废水中的重金属大多由化工厂、实验室等产生，这些废液大多是致突变，致畸变，致癌物质，如果不经处理直接排入下水道或环境水体中，其中有害物质经长期积累会对周边水源，大气，土壤等环境造成严重危害[8-10]。因此，本文研究了化学沉淀法对实验室高盐废水中重金属离子去除效率的影响和规律，重点研究重金属离子的最佳脱除工艺。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

722紫外分光光度计，上海佑科仪器仪表公司；BSA124S电子天平，德国赛多利斯；PHS-3C-3E pH计，上海雷磁；超声波清洗机，昆山舒美数控；磁力加热搅拌器，群安实验仪器有限公司；容量瓶，广州市烽祈林实验设备公司；烧杯，广州烽祈林设备公司。

硫酸(AR)、磷酸(AR)、氢氧化钠(AR)、二甲酚橙磷酸(AR)，天津凯通化学试剂；铜试剂(AR)、二甲基苄基罗丹宁(AR)、无水乙醇(AR)、高锰酸钾(AR)、三氯化铬(AR)、氯化铜(AR)、硝酸银(AR)、醋酸铅(AR)，天津市北联精细化学品。

1.2 实验方法

1.2.1 铬离子标准曲线绘制

采用紫外可见分光光度法测定样品中的Cr3+，硫磷混合酸溶液中三价铬呈现蓝色溶液。

标准溶液：称取2.942 0 g三氯化铬加入蒸馏水溶解定容到100 mL容量瓶中；硫磷混合酸溶液(硫酸∶磷酸∶水)为15 mL∶15 mL∶70 mL的比例配好冷却放入100 mL容量瓶中待用。

取6个50 mL容量瓶分别向里面加入0.0 mL，1.0 mL，2.0 mL，3.0 mL，4.0 mL，5.0 mL的标准溶液，再分别加入5.0 mL的硫磷混合酸溶液定容到刻度线，静置，在580 nm处用紫外分光光度计进行测量。

1.2.2 铜离子标准曲线绘制

采用紫外可见分光光度法测定溶液中Cu2+的含量，以铜试剂作为显色剂进行显色，铜离子在铜试剂中呈黄棕色。

标准溶液：称取0.426 2 g 氯化铜加入蒸馏水溶解，定容到500 mL容量瓶，待用。

分别取6个50 mL容量瓶加入0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL稀释两次的标准溶液，再分别加入6.0 mL铜试剂，显色后加入蒸馏水定容到刻度线，静置5 min后，在452 nm处用紫外分光光度计进行测量。

1.2.3 银离子标准曲线绘制

采用紫外可见分光光度法测定溶液中Ag+的含量，二甲基苄基罗丹宁(PDR)由作为显色剂进行显色，银离子在二甲基苄基罗丹宁(PDR)中显色为血红色。

标准溶液：称取0.169 9 g 硝酸银加入蒸馏水溶解，定容到100 mL容量瓶中，待用。

分别取6个50 mL容量瓶加入0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL标准溶液，再分别加入6.0 mL二甲基苄基罗丹宁(PDR)溶液，显色后加入蒸馏水定容到刻度线，静置30 min，在475 nm处用紫外分光光度计进行测量。

1.2.4 锰离子标准曲线绘制

采用紫外可见分光光度法测定溶液Mn7+的含量，称取0.158 g高锰酸钾加入蒸馏水溶解，定容到500 mL容量瓶中，获得锰标准溶液，待用。

分别取6个50 mL容量瓶加入0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL标准溶液，摇匀静置，在525 nm处用紫外分光光度计进行测量 。

1.2.5 铅离子标准曲线绘制

采用紫外可见分光光度法测定溶液中Pd2+的含量，双硫腙由作为显色剂进行显色，称取0.392 4 g醋酸铅加入蒸馏水溶解，定容到100 mL容量瓶中得铅标准溶液，待用。

分别取6个50 mL容量瓶加入0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL标准溶液，再分别加入5.0 mL二甲酚橙，显色后加入蒸馏水定容到刻度线，静置30 min，在576 nm处用紫外分光光度计进行测量。

2 结果与讨论

2.1 化学沉淀法去除铬离子的研究

取6份20.0 mL三价铬离子高盐废水试样，加入30.0 mL蒸馏水定容，研究pH=2.0、pH=4.0、pH=6.0、pH=8.0、pH=10.0、pH=12.0的试样中铬离子含量，静置，过滤，加入5 mL硫磷酸混合溶液，显色定容至100 mL，待测。用紫外可见分光光度计进行测量，数据见表1。

表1 铬离子去除率与pH的关系

由图1a可知，铬标准曲线的回归方程为：y=0.045 7x-0.005 3；R2=0.995 2；说明铬离子在0.00～2.94 g/L的范围内有良好的线性。

图1 铬离子标准曲线(a)，铬离子去除率与pH的关系(b)

由图1b可知，pH对三价铬离子的去除效果较为明显，在pH=1至pH=8之间三价铬离子的去除率先呈现快速上升趋势，再趋于平缓，再快速上升；pH=8至pH=12之间三价铬离子去除率迅速下降，结果表明当pH=8时，为三价铬离子最佳脱除工艺。

2.2 化学沉淀法去除铜离子的研究

取6份入20.0 mL二价铜离子高盐废水试样，再加入30.0 mL蒸馏水，研究pH=2、pH=4、pH=6、pH=8、pH=10、pH=12的试样中铜离子含量，静置，过滤，加入6.0 mL铜试剂溶液显色，定容至100 mL，待测。用紫外可见分光光度计进行测量，数据见表2。

表2 铜离子去除率与pH的关系

由图2a可知，铜标准曲线的回归方程为：y=0.203 5x-0.000 2，R2=0.996 7；证明铜离子在0.00～0.42 mg/L的范围内有良好的线性。

图2 铜离子标准曲线(a)，铜离子去除率与pH的关系(b)

由图2b 表明pH对二价铜离子的去除效果较好，在pH=2至pH=4之间铜离子对pH不敏感，pH=4之后二价铜离子去除效率接近直线上升直至pH=6之后不在发生变化，结果表明当pH=6时，为二价铜离子最佳脱除工艺。

2.3 化学沉淀法去除银离子的研究

取6份15.0 mL银离子高盐废水试样，加入20.0 mL蒸馏水，研究pH=2、pH=4、pH=6、pH=8、pH=10、pH=12的试样中铜离子含量，静置，过滤，加入6.0 mL二甲基苄基罗丹宁(PDR)溶液显色，定容至100 mL，待测。用紫外可见分光光度计进行测量，数据见表3。

表3 银离子去除率与pH的关系

由图3a可知，银标准曲线的回归方程为：y=0.001 4x-0.005 8；R2=0.995 1；证明银离子在0.00～170.00 mg/L的范围内有良好的线性。

图3 银离子标准曲线(a)，银离子去除率与pH的关系(b)

由图3b表明银离子在pH=8左右时达到去除率的最大值，pH=8左右为最优的脱除工艺，表明溶液中银离子沉淀完全。当pH>8时沉淀开始出现溶解的情况，说明沉淀物可以溶于较强的碱性环境中，在用该方法处理含有银离子实验室废水时应该避免加入过量的碱，从而避免银离子处理效果不好的情况。

2.4 化学沉淀法去除锰离子的研究

取6份10.0 mL锰离子高盐废水试样，加入30.0 mL蒸馏水，研究pH=2、pH=4、pH=6、pH=8、pH=10、pH=12的试样中铜离子含量，静置，过滤，定容至100 mL，待测。用紫外可见分光光度计进行测量，数据见表4。

表4 锰离子去除率与pH的关系

由图4a可知，银标准曲线的回归方程为：y=15.371x-0.007 9；R2=0.998 5；证明银离子在0.000～0.032 g/L的范围内有良好的线性。

图4 锰离子标准曲线(a)，锰离子去除率与pH的关系(b)

由图4b表明锰离子对pH变化不明敏感，所以用调节pH来去除七价锰离子不理想，可以尝试还原成为二价锰离子，因为二价锰离子对pH较为敏感，再进行锰离子的测量和最优去除pH的比较。

2.5 化学沉淀法去除铅离子的研究

取6份20.0 mL铅离子高盐废水试样，再加入30.0 mL蒸馏水，研究pH=2、pH=4、pH=6、pH=8、pH=10、pH=12的试样中铜离子含量，静置，过滤，加入5.0 mL二甲酚橙溶液显色，定容至100 mL，待测。用紫外可见分光光度计进行测量，数据见表5。

表5 铅离子去除率与pH的关系

由图5a可知，铅标准曲线的回归方程：y=0.000 2x-0.001 9；R2=0.998；证明该离子在0.00～400.00 mg/L的范围内有良好的线性。

图5 铅离子标准曲线(a)，铅离子去除率与pH的关系(b)

由图5b表明当pH开始增大铅离子的去除率开始升高时，随之沉淀开始出现，当pH=6左右时沉降开始稍微减缓，pH>8左右时可以看到去除率开始降低，沉淀开始溶解。结果表明pH=8左右时为铅离子脱除最佳工艺。

3 结 论

本文研究了化学沉淀法处理高盐废水中重金属离子脱除方法，通过调节试样中pH的不同研究重金属离子的脱除最佳工艺，铬废液，铜废液、银废液、铜废液、锰废液和铅废液五种重金属盐废液在不同pH条件下对沉降效果和去除率的影响，研究表明：铬离子最佳脱除工艺为pH=8，脱除率为96.9%，铜最佳脱除工艺为pH=6，脱除率为93.8%，银最佳脱除工艺为pH=8，脱除率为80.4%，铅最佳脱除工艺为pH=8，脱除率为89.2%，其中锰离子对pH的变化去除现象不明显，脱除率为46.7%；研究了化学沉淀法对实验室高盐废水中重金属离子去除效率的影响和规律，为实验室高盐废水处理提供参考。