化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水的試驗(yàn)研究

高均超

【摘 要】鉻是環(huán)境中主要污染物，含鉻廢水如不加以有效的處理，對環(huán)境和人體都會(huì)造成極大的危害。含鉻廢水的處理方法很多，本文主要介紹了化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水，結(jié)合試驗(yàn)，研究了原液pH值、還原劑投放量對鉻離子還原的影響，獲得了化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水的最佳參數(shù)值。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)還原沉淀法；含鉻廢水；原液pH值；還原劑；去除率

鉻是環(huán)境中一種主要的污染物，其化合物主要以Cr（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的形式存在，但以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的化合物最為常見。在環(huán)境監(jiān)測中，通常以總鉻和Cr（Ⅵ）的質(zhì)量濃度來衡量環(huán)境中水質(zhì)的污染程度。其毒性則以Cr（Ⅵ）最強(qiáng)。目前，對于含鉻廢水的處理積累了許多有效的方法，包括物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法及生物法。其中，主要以化學(xué)法為主，占實(shí)際工程應(yīng)用的很大比重。本文結(jié)合試驗(yàn)，主要討論采用化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水，以獲得了化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水的最佳參數(shù)值，為實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.實(shí)驗(yàn)方法

1.1 藥品及儀器

分光光度計(jì)：上海奧析科學(xué)儀器有限公司，752N；

pH計(jì)：貴陽學(xué)通生產(chǎn)，PHS-25C；

電子天平：廣東衡之杰公司，F(xiàn)A/JA系列。

丙酮（CH3COCH3）：分析純；

無水亞硫酸鈉（Na2SO3）：分析純；

氫氧化鈉（NaOH）：分析純；

重鉻酸鉀（K2Cr2O7）：分析純；

焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）：分析純；

高錳酸鉀（KMnO4）：分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）鉻離子儲(chǔ)備溶液的配制

配制2000mg/L的鉻離子儲(chǔ)備液。儲(chǔ)備液需放在避光的地方，封閉嚴(yán)實(shí)，每次提取應(yīng)當(dāng)注意不能污染原液且儲(chǔ)備液應(yīng)盡快使用，不得放置過久的時(shí)間。

（2）鉻濃度的測定

在酸性溶液中，鉻離子與二苯碳酰二肼反應(yīng)，生成紫紅色化合物，其最大吸收波長為540nm，吸光度與濃度的關(guān)系符合比爾定律。Cr6+與顯色劑的顯色反應(yīng)一般控制酸度在0.05～0.3mol/L（1/2H2SO4）范圍，以0.2mol/L時(shí)顯色最好。顯色前，水樣應(yīng)調(diào)至中性。顯色溫度和放置時(shí)間對顯色有影響，在15℃時(shí)，5～15min顏色即可穩(wěn)定。

（3）鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

使用儲(chǔ)備液配制10mg/L的鉻鉻離子標(biāo)準(zhǔn)溶液1000mL，分別取0.5mL，1mL，2mL，3mL，4mL，5mL放入50ml比色管中，然后加入蒸餾水稀釋至50mL，在每個(gè)比色管中加入0.5mL硫酸（1：1）和0.5mL磷酸（1：1），搖勻后加入2mL顯色劑II，經(jīng)過10min顯色反應(yīng)后，放入紫外線分光光度計(jì)中測量其吸光度（干擾離子忽略不計(jì)）。

從中反映了在使用相同儲(chǔ)備液的情況下，水中鉻離子的濃度與其在540nm紫外線照射下吸光度之間的線性關(guān)系?？梢愿鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖中得到的公式計(jì)算出已測得溶液吸光度所對應(yīng)的鉻離子的濃度。從相關(guān)系數(shù)R2=0.9996可以看出，此標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好。

2.結(jié)果與討論

2.1 原液pH值對還原效果的影響

（1）亞硫酸鈉

稀釋200mL/L的儲(chǔ)備液1000mL，取5個(gè)錐形瓶，編號為1～5，將稀釋后的鉻離子溶液平均倒入5個(gè)錐形瓶中，使用硫酸（1：1）調(diào)節(jié)其pH值。

然后根據(jù)還原方程式

計(jì)算得出，在該還原反應(yīng)中鉻離子與亞硫酸鈉的質(zhì)量比約為1：3.63，考慮到實(shí)驗(yàn)誤差以及藥品雜質(zhì)，選定投量比為1：4。

稱量亞硫酸鈉800mg，溶于100mL水中，然后在每個(gè)錐形瓶中分別加入20mL，攪拌，待反應(yīng)30min后觀察，可以看到1號瓶與2號瓶顏色變?yōu)榫G色，其為三價(jià)鉻的顏色，而3～5號瓶的顏色變化并不明顯，仍為鉻離子的顏色。

用氫氧化鈉溶液滴定至溶液pH值至8，靜置后觀察，可以看到生成沉淀為絮狀淡藍(lán)色。

從中可以看出，當(dāng)pH值在1左右時(shí)，鉻離子的去除率達(dá)到最大。鉻離子在溶液中的種類分布主要是依靠總鉻離子的濃度和pH值。

（2）焦亞硫酸鈉

稀釋200mL/L的儲(chǔ)備液1000mL，取5個(gè)錐形瓶，編號為1～5，將稀釋后的溶液平均倒入5個(gè)錐形瓶中，使用硫酸（1：1）調(diào)節(jié)其pH值。調(diào)節(jié)后的原液pH值見表1。

根據(jù)還原方程式計(jì)算得出，在該還原反應(yīng)中鉻離子與焦亞硫酸鈉的質(zhì)量比約為1：2.74，考慮到實(shí)驗(yàn)誤差以及藥品雜質(zhì)，選定投放比為1：3。與使用亞硫酸鈉做還原劑相比，使用焦亞硫酸鈉還原后，1～5號瓶顏色全部為淺綠色，且相差不明顯。

在投入相同比例的還原劑的情況下，焦亞硫酸鈉與氫氧化鈉相比，所需的pH值條件更為寬松。

從中可以看出，在pH值為2.1的情況下，去除率達(dá)到了99.48%。考慮在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要對廢水進(jìn)行預(yù)處理，更高的酸度意味著預(yù)處理成本的增大，同時(shí)也對管道、儲(chǔ)存設(shè)備的抗腐蝕性有更高的要求。所以從pH值方面講，使用焦亞硫酸鈉更為經(jīng)濟(jì)、合理。

2.2 還原劑投放量對鉻離子還原的影響

向廢水中投加某種化學(xué)藥劑，使其與水中某些溶解物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成難溶于水的鹽類沉淀，從而降低水中這些溶解物質(zhì)的含量。廢水中某種離子能否采用化學(xué)還原沉淀法與廢水分離，首先決定于能否找到合適的沉淀劑。本實(shí)驗(yàn)采用的還原劑為亞硫酸鈉與焦亞硫酸鈉。

（1）亞硫酸鈉

在1000mL的容量瓶中將原液稀釋至200mg/L，將原液pH值調(diào)節(jié)至2.28，然后平均倒入5個(gè)錐形瓶中。

鉻離子的剩余濃度隨著還原劑投放比例的增大逐漸減小，當(dāng)投放比例為5：1的時(shí)候，鉻離子的去除率達(dá)到最大值，然后隨著投放量的增加，鉻離子的濃度幾乎不再減少。增加沉淀劑的使用量，可以提高廢水中離子的去除率，但沉淀劑的用量不宜過多，否則會(huì)導(dǎo)致相反的作用，一般不要超過理論用量的20%～50%。

（2）焦亞硫酸鈉

在1000mL的容量瓶中將原液稀釋至200mg/L，然后把pH值調(diào)節(jié)至2.3，將溶液平均倒入5個(gè)錐形瓶中。實(shí)驗(yàn)所得還原劑投放比例與剩余鉻離子去除率關(guān)系見圖1。

根據(jù)圖1可知，當(dāng)焦亞硫酸鈉比鉻為2.74：1時(shí)為理論最適值。

通過實(shí)驗(yàn)可知，在相同pH值的情況下，亞硫酸鈉的投加量為5：1的時(shí)候，鉻離子的去除率已經(jīng)達(dá)到了99.76%，而焦亞硫酸鈉的投加量為3：1的時(shí)候也達(dá)到了99.61%。以后再增加投加量，去除率的增加并不明顯?？紤]到藥品雜質(zhì)以及廢水中其他雜質(zhì)的影響，還原劑的投加量應(yīng)為理論值的115%～140%。

2.3 兩種沉淀劑對氫氧化鉻沉淀生成的影響

將儲(chǔ)備液稀釋至200mg/L，取出100mL調(diào)節(jié)pH值為2.01，以3：1的比例加入焦亞硫酸鈉還原后，測定pH值，當(dāng)變?yōu)?.5時(shí)，然后將溶液平均分為兩份。

用1mol/L氫氧化鈉滴定至0.05mL時(shí)出現(xiàn)沉淀，但震蕩后沉淀消失，測得此時(shí)pH值為4.98，繼續(xù)滴定至0.46mL時(shí)沉淀穩(wěn)定，震蕩后不消失，測得此時(shí)溶液pH值為5.92，繼續(xù)滴定，直到4.65mL時(shí)沉淀重新消失，溶液顏色變深，測得此時(shí)pH值為12.42。

在室溫27℃下飽和氫氧化鈣溶液滴定至17.56mL時(shí)出現(xiàn)沉淀，但震蕩后沉淀消失，測得此時(shí)pH值為7.01，滴定至23.9mL時(shí)沉淀穩(wěn)定，震蕩后不消失，此時(shí)pH為7.51，繼續(xù)滴定，沉淀不消失。

氫氧化鉻呈兩性，pH值過高時(shí)，已生成的氫氧化鉻會(huì)再度反溶為NaCrO2；而pH值太低，沉淀不能生成。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，氫氧化鉻生成的最低pH值為5.92，在pH值大于12.42的時(shí)候，氫氧化鉻已經(jīng)完全溶解，因此控制pH值在7～8之間沉淀效果最佳。

3.結(jié)論

總之，含鉻廢水是危害性較強(qiáng)的一類環(huán)境污染源，必須予以重視。為了處理好這一污染物，必須從實(shí)際出發(fā)，不斷地提高科技含量，選擇合適的處理方法，消除對環(huán)境的污染。試驗(yàn)表明，只要合理選用還原劑和沉淀劑，采用化學(xué)還原沉淀法處理含鉻廢水，在理論和實(shí)踐應(yīng)用上是完全可行的。

參考文獻(xiàn)：

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