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铬的毒性与其存在的价态有关,一般认为六价铬(Cr(Ⅵ))的毒性约为三价铬(Cr(Ⅲ))Cr(Ⅲ)的100倍,且更易被人体吸收并在体内蓄积,Cr(Ⅵ)化合物具有强氧化性,长期接触重铬酸盐易患“铬肺癌”,因此Cr(Ⅵ)的排放受到严格控制,我国和欧盟部分国家(地区)对铬的排放浓度限值见表1所示。如何合理高效地处理含铬废水是环境保护方面的重要研究课题,目前,治理含铬废水的方法有物理物化、化学、生物方法等。
1 物理、物化法
1.1吸附剂及其性能
吸附法是利用多孔吸附材料与吸附质(含铬离子)间的分子作用力处理废水中重金属的一种方法,因具有设备简单,占地面积小,操作容易,效果稳定等特点被广泛应用。目前使用的吸附材料可概括为两类:一类为无机吸附材料,诸如活性炭、粉煤灰、沸石、金属氧化物等,这类吸附材料效率很高,已经被证明是一种通用的水处理材料;另一类为表面富含羟基、羧基、胺基、巯基等各种特性基团的天然有机生物质吸附材料,如松针、榛子壳、小麦灰、葡萄梗、香蕉皮、花生壳、板栗壳、米糠、甲壳素、豆饼等,各种常用的吸附剂及其对铬的吸附性能比较见表2。
1.2去除机理
活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性能,处理含铬废水时既有吸附作用又有还原作用:当pH=4~6.5时,废水中的Cr(Ⅵ)易于被活性炭直接吸附,当pH<3时,活性炭能将Cr(Ⅵ)还原。有研究发现活性炭吸附去除Cr(Ⅵ)的首要机理为Cr(Ⅵ)在活性炭表面的接触还原作用,并伴随着Cr(Ⅲ)在活性炭表面的离子交换吸附。沸石是多孔性的含水铝硅酸盐晶体,表面带负电荷,因此需对其表面带电性质进行改性才有利于吸附阴离子铬化合物。
表2中大部分吸附材料对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir方程,可认为是单分子的化学吸附。Donghee Park论证了香蕉皮、稻草等16种材料处理含铬废水的机理是吸附耦合还原作用,他认为铬的去除机制包括以下两种:机制Ⅰ—Cr(Ⅵ)在液相中直接被材料表面的电子供体还原为Cr(Ⅲ);机制Ⅱ—Cr(Ⅵ)先被吸附到材料表面,然后被还原;被还原的Cr(Ⅲ)或是存在与液相中,或是与OH—结合成沉淀附着在材料表面。
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