螯合沉淀法處理含鉻電鍍廢水

劉培*，陳晨

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

電鍍屬于重污染行業(yè)，其排放的重金屬廢水具有巨大的環(huán)境危害。隨著電鍍技術(shù)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)中使用的添加劑種類和數(shù)量越來越多，成分也越來越復(fù)雜。由于在這些添加劑中有與重金屬離子配位作用較強的成分，因此采用傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法處理電鍍廢水過程中，廢水中的重金屬離子不能完全形成氫氧化物沉淀，且隨pH 變化，重金屬離子會再次溶出，使廢水不能穩(wěn)定達標(biāo)排放[1-3]。隨國家環(huán)保要求日益嚴格，有必要研究探索更加高效、經(jīng)濟的重金屬廢水處理藥劑。DTCR 是我國自主研發(fā)的新型重金屬離子捕集劑，常溫條件下可與廢水中的重金屬離子生成螯合沉淀物，從而去除廢水中的重金屬離子[4-7]。本文以NaHSO3為還原劑、DTCR 為螯合劑處理含鉻電鍍廢水，研究工藝條件對廢水處理效果的影響。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

儀器：722N 可見分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，TAS-990F 火焰原子吸收分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)，JJ-4A 六聯(lián)攪拌機(常州國華電器有限公司)，80-2 型離心機(常州國華電器有限公司)，AL104 型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)，PHS-3C 型pH 計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

試劑：重鉻酸鉀、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、硫酸、磷酸、丙酮、氫氧化鈉、二苯碳酰二肼、聚丙烯酰胺(PAM)、螯合沉淀劑(DTCR)。

1.2 廢水來源

實驗用水取自泰州某電鍍廠，其pH 為1.84，廢水的主要成分為：總鉻30.51 mg/L，Cr(VI)25.03 mg/L，Zn2+1.94 mg/L，Ni2+1.30 mg/L，Cu2+1.84 mg/L。

1.3 廢水處理

1.3.1 還原反應(yīng)

取250 mL 含鉻廢水，調(diào)整廢水pH，加入NaHSO3，攪拌反應(yīng)30 min 后，測定還原處理后廢水的Cr(VI)含量。通過改變NaHSO3投加量或pH 進行還原反應(yīng)試驗，以確定NaHSO3投加量及最佳pH。

1.3.2 螯合沉淀反應(yīng)

取經(jīng)還原處理的廢水250 mL，調(diào)整廢水pH 后，投加DTCR 并攪拌反應(yīng)5 min 后，再投加PAM 攪拌反應(yīng)一定時間后靜置沉淀1 h，取上清液測定其中各種金屬離子的含量。分別改變pH、DTCR 投加量、PAM 投加量、攪拌時間(以投加DTCR 后的攪拌時間為準(zhǔn))等條件進行單因素及正交試驗，以確定螯合沉淀反應(yīng)的最佳工藝條件。

1.3.3 測定方法

六價鉻的測定采用二苯碳酰二肼分光光度法，總鉻及其他金屬離子的測定采用火焰原子吸收分光光度法。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件對廢水還原效果的影響

2.1.1 還原藥劑用量

當(dāng)廢水pH 為1.84、攪拌時間為30 min 時，NaHSO3投加量對含鉻廢水還原效果的影響見圖1。NaHSO3的投加量必須保證能使Cr(VI)全部轉(zhuǎn)化為Cr(III)，理論上m[Cr(VI)]∶m(NaHSO3)應(yīng)為1∶3，但實際用量應(yīng)高于理論值。由圖1可知，隨NaHSO3投加量的增大，廢水中的Cr(VI)含量不斷減少，當(dāng)NaHSO3投加量為200 mg/L 時，Cr(VI)還原率為 98.1%；繼續(xù)增大NaHSO3的投加量，Cr(VI)的還原率變化不大。因此，確定適宜的NaHSO3投加量為200 mg/L。

圖1 NaHSO3 投加量對廢水還原效果的影響Figure 1 Influence of NaHSO3 dosage on reduction effect of wastewater

2.1.2 廢水pH

NaHSO3投加量為200 mg/L、攪拌時間為30 min時，不同pH 下廢水中Cr(VI)的還原效果見圖2。由圖2可知，隨pH 升高，Cr(VI)的還原率不斷降低。pH為1.0～2.0 時，NaHSO3的還原效果較好；在中性條件下，還原效果較差。因此，廢水還原反應(yīng)的較佳pH 范圍是1.0～2.0。

圖2 還原反應(yīng)階段pH 對還原效果的影響Figure 2 Influence of pH on reduction effect of wastewater at reduction reaction stage

綜合上述結(jié)果，確定廢水還原反應(yīng)的工藝條件為：NaHSO3投加量200 mg/L，pH 1.84，攪拌時間30 min。

2.2 螯合沉淀反應(yīng)條件對廢水處理效果的影響

2.2.1 DTCR 投加量

圖3是PAM 投加量為8 mg/L、pH 為7.0、攪拌時間為40 min 時，DTCR 投加量對含鉻廢水處理效果的影響。由圖3可知，隨DTCR 投加量的不斷增大，出水總鉻的質(zhì)量濃度不斷減小。DTCR 投加量為0～30 mg/L時，處理后廢水的總鉻含量下降幅度較大；DTCR 投加量為30～100 mg/L 時，處理后廢水的總鉻含量下降幅度趨于平緩。DTCR 投加量為90 mg/L 時，出水總鉻含量最低，為0.27 mg/L；繼續(xù)增大DTCR 的投加量至100 mg/L 時，出水總鉻含量并沒有繼續(xù)降低。綜合考慮處理效果和成本，確定DTCR 的最佳投加量為60 mg/L。

圖3 DTCR 投加量對出水總鉻含量的影響Figure 3 Influence of DTCR dosage on total chromium content in effluent

2.2.2 廢水pH

在DTCR 投加量為60 mg/L、PAM 投加量為8 mg/L、攪拌時間為40 min 的條件下對廢水螯合沉淀時，廢水pH 對含鉻廢水處理效果的影響見圖4。

圖4 螯合沉淀階段pH 對出水總鉻含量的影響Figure 4 Influence of pH at chelating precipitation stage on total chromium content in effluent

由圖4可知，pH 為3.5～8.0 時，隨pH 不斷增大，出水總鉻含量不斷降低；pH 為8.0～10.5 時，隨pH 增大，出水總鉻含量不斷升高，但升高幅度不是很大。pH 為8.0 時，出水總鉻含量最小；pH 為9.5～10.5 時，出水總鉻含量有所回升。這是由于pH 高于9.0 時，鉻會因為反溶而超標(biāo)，DTCR 能在一定程度上緩解由于鉻反溶而造成的影響。故螯合沉淀時的最佳pH 為8.0。

2.2.3 攪拌時間

在pH 為8.0、DTCR 為60 mg/L、PAM 為8 mg/L條件下對廢水螯合沉淀時，攪拌時間對含鉻廢水處理效果的影響見圖5。由圖5可知，攪拌時間在40 min以內(nèi)時，隨攪拌時間延長，出水總鉻含量不斷降低；超過40 min 后，出水總鉻含量未繼續(xù)降低。因此，螯合沉淀時的最佳攪拌時間為40 min。

圖5 螯合沉淀階段攪拌時間對出水總鉻含量的影響Figure 5 Influence of stirring time at chelating precipitation stage on total chromium content in effluent

2.2.4 PAM 投加量

在pH 為8.0、DTCR 為60 mg/L、攪拌時間為40 min(實際絮凝反應(yīng)時間為35 min)條件下，PAM 投加量對含鉻廢水處理效果的影響見圖6。

圖6 PAM 投加量對出水總鉻含量的影響Figure 6 Influence of PAM dosage on total chromium content in effluent

由圖6可知，PAM 投加量為0～10 mg/L 時，隨PAM 含量增大，出水總鉻含量不斷降低，雖然幅度不是很大，但可以看出絮凝劑PAM 對降低出水總鉻含量是有幫助的。PAM 投加量為10～14 mg/L 時，出水總鉻含量反而上升。這可能是由于PAM 含量較高時形成膠體再穩(wěn)定，反而阻礙了金屬離子的去除。從圖6還可以看出，在PAM 投加量的試驗范圍內(nèi)，出水總鉻含量都低于1.0 mg/L，達到GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，在PAM 投加量為6～14 mg/L 范圍內(nèi)，甚至低于GB 21900-2008 的特別排放限值0.5 mg/L，且廢水中未檢出有六價鉻離子。因此，PAM 的投加量以10 mg/L 為宜。

2.2.5 螯合沉淀工藝的正交優(yōu)化

為尋求去除總鉻的最佳工藝條件，以出水總鉻含量為性能指標(biāo)，選取DTCR 投加量、pH、攪拌時間、PAM 投加量4 個因素，按L9(34)正交表進行正交試驗，具體方案及結(jié)果分析見表1。

表1 正交試驗結(jié)果和極差分析Table 1 Results and range analysis of orthogonal test

由表1可知，各因素對螯合沉淀法捕集效果影響程度的順序為：DTCR 投加量 ＞ 廢水pH ＞ 攪拌時間 ＞ PAM 投加量。螯合沉淀的最佳工藝條件為：DTCR 投加量70 mg/L，pH 8.0，攪拌時間40 min，PAM 投加量8 mg/L。

以泰州某電鍍廠廢水為對象，采用最佳工藝進行多次重復(fù)試驗，廢水經(jīng)處理后出水總鉻為0.14 mg/L，Cr(VI)、Zn2+、Ni2+、Cu2+等均未檢出，水質(zhì)符合GB 21900-2008 的要求。

3 結(jié)論

(1) 以NaHSO3為還原劑，在NaHSO3投加量為200 mg/L、pH 為1.84 的條件下，含鉻廢水中六價鉻的還原率為98.1%，還原效果較好。

(2) 還原處理后含鉻電鍍廢水的最佳螯合沉淀工藝條件為：DTCR 投加量70 mg/L，pH 8.0，攪拌時間40 min，PAM 投加量8 mg/L。采用最佳工藝處理過的廢水出水水質(zhì)符合GB 21900-2008 的要求。

(3) 螯合沉淀法處理含鉻電鍍廢水效果和穩(wěn)定性較好，且對廢水中的其他重金屬離子也有較好的處理效果，處理后出水水質(zhì)可穩(wěn)定達標(biāo)排放，具有良好的應(yīng)用前景。

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