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含Cr(Ⅵ)废水主要来源于电镀行业、不锈钢制造业、电池制造业、冶金行业和矿石开采业,如电镀生产过程中的镀件清洗、镀液过滤、废液排放等。处理含Cr(Ⅵ)废水的方法很多,如还原-沉淀法、电解法、离子交换法、膜分离法、吸附法、微生物法,这些方法在实际应用中都存在如下3 个弊端:(1)工业废水含Cr(Ⅵ)浓度低,水体处理量大,导致投加药剂量大,易造成二次污染;(2)工艺及设备占地面积大,操作成本、固定投资大;(3)工艺操作复杂,工艺条件不稳定,操作较难控制。
针对以上问题,本试验尝试将离子交换树脂法和FeSO4˙7H2O 还原沉淀法2 个传统的单个处理工艺耦合运用,这样既避免了单个处理工艺的弊端,又可以将2 个工艺的优点加以联合,处理效率大大提高。
本研究的目的是探索一种高效、低成本并特别适合低浓度含Cr(Ⅵ)废水的处理方法。试验采用离子交换树脂法—FeSO4˙7H2O 还原沉淀法耦合工艺处理含Cr(Ⅵ)废水,即将低浓度含Cr(Ⅵ)废水流经离子交换柱,通过调节工艺参数使出水达标排放,然后用5% NaOH 溶液洗脱吸附饱和的离子交换柱,收集浓缩的高浓度含Cr(Ⅵ)废水。以FeSO4˙7H2O为还原剂处理浓缩的高浓度含Cr(Ⅵ)废水,使Cr(Ⅵ ) 还原为Cr (Ⅲ ),调节pH 为8~9,使Cr (Ⅲ )生成Cr(OH)3沉淀而得以去除,含铬污泥可烘干回收利用。试验考察了pH、反应时间、搅拌速度、FeSO4˙7H2O 投加量等因素对高浓度含Cr(Ⅵ)废水处理效果的影响,为该法的工业化应用提供指导性参考。
1 试验部分
1.1 试验用水
离子交换部分: 以K2Cr2O7配制一定浓度的含Cr(Ⅵ)废水作为离子交换部分的试验用水。
还原沉淀部分: 以离子交换部分浓缩的高浓度含Cr(Ⅵ)废水作为还原沉淀部分的试验用水。
1.2 试验设备和仪器
UV-1100 型紫外/可见分光光度计,上海美谱达仪器有限公司; pHS-25 酸度计,上海雷磁公司;FA2004 电子天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;离子交换柱,D=23 mm,H=250 mm,深圳市铭科科技有限公司;ZR4-6 混凝试验搅拌机,深圳市中润水工业技术发展有限公司;布氏漏斗,上海禾汽玻璃仪器有限公司;马弗炉,宜兴市前锦炉业设备有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 离子交换树脂法
试验用离子交换树脂为D301 大孔型弱碱性阴离子交换树脂,即在大孔结构的苯乙烯-二乙烯苯共聚体上主要带有叔胺基的阴离子交换树脂,碱性较弱。该树脂对Cr(Ⅵ)具有较好的吸附效果,且再生效率高、交换容量大、抗污染能力强、机械强度好。使大量的低浓度含Cr(Ⅵ)废水流经用D301树脂填充的离子交换柱,调节工艺参数使出水达标排放;Cr(Ⅵ)被吸附在树脂上,待树脂吸附饱和,用质量分数为5%的NaOH 洗脱液洗涤,收集高浓度含Cr(Ⅵ)富集液。
1.3.2 FeSO4˙7H2O 还原沉淀法
移取100mL 经稀释的含Cr(Ⅵ)富集液于250mL的烧杯中,调节pH,加入一定量的FeSO4˙7H2O,在一定搅拌速度下反应一段时间,过滤; 调节滤液的pH 为8~9,并加入1~2 滴质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂,静置沉淀30 min;取上清液测定其中的Cr(Ⅵ)浓度,过滤、收集Cr(OH)3沉淀。将Cr(OH)3沉淀在马福炉中于650 ℃左右煅烧,可得到Cr2O3。
1.4 测试方法
Cr(Ⅵ)的测定采用二苯基碳酰二肼分光光度法。
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