含重金屬Cr污水處理實驗研究

陳 旭

摘要:文章通過實驗,以陽離子交換樹脂作交換劑,對含三價鉻廢水進(jìn)行交換反應(yīng)。通過靜態(tài)實驗,分析過程中廢水的不同pH值和廢水的不同流量對處理效果的影響,結(jié)果表明,當(dāng)廢水pH值為4,廢水流量為6BV/h,凈化效果最好。

關(guān)鍵詞:離子交換樹脂;含鉻廢水;靜態(tài)實驗;pH值

中圖分類號:X520.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0072-01

1鉻在水中的危害

鉻是水體的主要金屬污染物之一。水體鉻污染的結(jié)果可引起水生生態(tài)變化,嚴(yán)重的水污染可以使水生生物死亡,輕度的水污染也影響生物的生長。

鉻在水體中以三價鉻和六價鉻形式存在。三價鉻毒性低,在水中不穩(wěn)定,當(dāng)pH值6~7時,可形成Cr(OH)3沉淀,10 ppm時使水的生化需氧量減少25%。1 ppm使水濁度增加。六價鉻在水體中以鉻酸或鉻酸鹽的形式存在,很穩(wěn)定,水體對六價鉻的自凈能力較弱。實驗證明,動物對六價鉻的吸收率高于三價鉻,毒性較大。

2含鉻廢水的處理

含鉻廢水必須隔離,不能讓其與銨、尿素等混合,這主要是為了減少含鉻廢水的體積,避免銨和尿素的干擾。在生物處理之前應(yīng)使廢水中鉻的濃度達(dá)到百萬分之10以下。最常用的六價鉻處置方法是先將六價鉻還原到三價,再用堿沉淀法處理三價鉻離子。為了符合越來越嚴(yán)格的排水標(biāo)準(zhǔn),還可采用離子交換法、反滲透法、石灰絮凝和炭吸附法、溶劑萃取法、蒸發(fā)濃縮和電解回收以及化學(xué)沉淀法等。

3靜態(tài)實驗

3.1所需樹脂量的計算

取廢液100 ml,則Cr3+的質(zhì)量:

1000 mg/L×100 ml=0.1 g

樹脂的質(zhì)量交換容量為:4.4 mmol/g

在工業(yè)應(yīng)用中,廢水中的懸浮物容易堵塞樹脂的孔隙,油類會裹脅樹脂顆粒,造成樹脂交換能力降低 ,對每一顆粒樹脂來說,其中的交換基團(tuán)很難完全變成一種離子形式,因此在實驗時樹脂并不能被完全交換,據(jù)資料顯示,樹脂利用率等于交換前、后交換容量之差,一般樹脂的交換能力為全容量交換的60%～70%,本次實驗取70%,則每一份靜態(tài)實驗所需的樹脂:

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

3.2實驗過程

①取樣分別置于5個錐形瓶中,各100 ml然后用HCl和NaOH將這些樣品調(diào)至不同的pH值,分別為:1、2、3、4、7。②分別稱取5份0.6244 g干陽樹脂,浸泡轉(zhuǎn)型后,將樹脂分別倒入5個錐形瓶,然后搖勻。待完全沉底后開始靜置。③靜置24 h后,取樣50 ml。

3.3實驗結(jié)果分析

為了保證實驗的準(zhǔn)確,分別做了兩組獨立的靜態(tài)實驗,第一組里pH值為7時,出水濃度為0,去除率為100%。分析實驗過程,應(yīng)該是在調(diào)pH值時,由于調(diào)到7,加了過量的NaOH,生成了大量的Cr(OH)3沉淀,取樣時取的是上層澄清溶液,導(dǎo)致溶液中幾乎無Cr3+,所以就產(chǎn)生了此現(xiàn)象。于是我取第二組數(shù)據(jù)來進(jìn)行實驗分析,從相關(guān)數(shù)據(jù)得出,去除率相對較高的是pH值為4,當(dāng)pH值為1、2時,去除率偏底,pH值為3、4、7時都高,但pH值為7時又相對降低。可見,陽樹脂在偏酸條件下交換能力強。根據(jù)Cr3+ +3OH-=Cr(OH)3↓,Cr3+在堿性環(huán)境中易生成Cr(OH)3沉淀,樹脂不能將Cr(OH)3沉淀交換,樹脂的交換能力不高。在酸性環(huán)境中,不易生成Cr(OH)3沉淀,所以樹脂的交換能力強。但是酸性太強,會發(fā)生以下反應(yīng):Cr3+-3e→Cr6+,或生成鉻酸根水合離子,不能和樹脂交換,從而使樹脂的交換能力下降,去除率低。

本次實驗室內(nèi)溫度是200℃,通過實驗,升高溫度對實驗有影響,據(jù)資料顯示,水溫的升高除了可加速離子交換的擴散反應(yīng)外,也可能引起樹脂的分解如{RHSO3+H20(>100℃)一→RH+H2S04}而破壞樹脂的交換能力,一般陽樹脂最高使用溫度小于100℃。

綜上所述,當(dāng)在溶液pH值為4時,陽樹脂離子交換能力最強。

4實驗結(jié)論

通過幾組不同pH值的靜態(tài)實驗,證明陽離子交換樹脂在廢水條件pH值為4時,它的交換能力最好。通過全流程穩(wěn)定性交換實驗,對2 000 mg/L的含鉻廢水,在廢水pH值為4和廢水流量為6BV時,陽離子交換樹脂的累積交換體積是床體積的2～30倍。

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