5種絮凝劑復配及在電鍍含鉻廢水中的應用
電鍍廢鉻液中Cr(VI)和Cr(Ⅲ)對人和動物危害很大。國家允許的6價鉻的排放濃度最高是0. 5mg·L-1,總鉻的排放量是1. 5 mg·L-1 [1]。目前,國內外對于含鉻廢液的治理已經研究出了很多方法,主要有離子交換法,電解法,絮凝法等,其中絮凝法操作簡單,收益甚好。本文通過5種絮凝劑處理電鍍含鉻廢水的研究,確定了最佳復合絮凝劑的配比。所得復合絮凝劑能有效的處理含鉻廢水。
1.實驗部分
1.1 實驗儀器
721型分光光度計(上海分析儀器廠),磁力DBJ621定時變速攪拌器(4332廠), PHS-3C數字酸度計(杭州東星儀器廠),DT-100分析天平(北京光學儀器廠), SHB-C型循環水真空泵(鄭州杜甫儀器廠), 101-1型電熱鼓風干燥箱(上海實驗儀器廠)。
1.2 實驗試劑
亞硫酸氫鈉(CP),聚丙烯酰胺(PAM) (工業級),相對分子質量≥300萬,陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)(工業級),相對分子質量: 700~800,硫酸鋁(CP),二苯碳酰二肼(AR),聚合氯化鋁(PAC)(工業級),聚合硫酸鐵(PFS)(工業級)。
1.3 分析方法
二苯碳酰二肼分光光度法[2、3]。
1.4 實驗原料及來源
電鍍含鉻廢水,取自中國人民解放軍5702廠。
1.5 試驗過程
1.5.1 廢液中Cr(VI)的還原
取一定量的電鍍廢水,用硫酸(6 mol·L-1)調節并保持pH值在2~3之間,按溶液中Cr(VI)的含量所計算還原劑的用量加入亞硫酸氫鈉(過量10% )。取少量已還原的廢水,用N-苯基代氨基苯甲酸作為指示劑,若藍色中有紫紅色出現,則要繼續加還原劑;反之,則說明還原完全。
1.5.2 Cr(Ⅲ)的最佳沉淀pH值
分別取10 mL還原后的溶液于10個燒杯(250mL),分別用NaOH(3 mol·L-1)調節pH值為6. 0~11. 0,靜置12 h后,進行抽濾、烘干、稱量,污泥量最大的為最佳沉淀pH值。繪制pH值-3價鉻含量的曲線圖。
1.5.3 絮凝劑性能的測試實驗
分別取10 mL還原后廢液于40個燒杯(分5組)中,每一種絮凝劑的實驗為一組(硫酸鋁[Al2(SO4)3·18H2O]、聚合氯化鋁(PAC) [[Al2(OH)nCl6-n]m]、聚合硫酸鐵(PFS)[[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m]、聚丙烯酰胺(PAM)、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)),分別調節pH值為8. 0。分別向每組燒杯中用移液管加入0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8 mL各絮凝劑,攪拌15 min后,靜置0. 5 h。抽濾(濾紙烘干),將濾餅與濾紙于90℃烘箱4 h后,稱重。繪制沉淀-絮凝劑加入量的圖表。選擇最好的絮凝劑,以備復配。
1.5.4 絮凝劑的復配
以上試驗中最佳絮凝劑為主劑,其它絮凝劑為輔劑,得出最佳復合絮凝劑。主劑以最佳量加入,令兩種助凝劑分別以0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7 mL加入和0. 05、0. 1、0. 15、0. 2、0. 25、0. 3 mL加入,攪拌、靜置、烘干、稱重,繪制總鉻含量-絮凝劑加入量的圖表。
1.5.5 復合絮凝劑最佳絮凝pH值
分別取10 mL還原后的鉻液于11個燒杯中,調節pH值為7. 0、7. 2、7. 4、7. 6、7. 8、8. 0、8. 2、8. 4、8. 6、8. 8、9. 0,按最佳配比復合絮凝劑的最佳量加入,攪拌、靜置、抽濾、烘干、稱重,繪制吸光度-pH值曲線,選擇最佳pH值。
2.實驗結果與討論
2.1 最佳沉淀pH值的確定
如圖1所示,Cr(Ⅲ)的最佳沉淀pH值為8. 0,與相關資料[4]中說的其應在8~9相符。
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2.2 絮凝劑的初選結果
硫酸鋁(6. 021 0 g/L)、聚合氯化鋁(5. 100 0 g·L-1)、PFS(6. 230 2 g·L-1)、PAM (1. 000 0 g·L-1)、CPAM(1. 000 0 g·L-1)各絮凝劑對污水的試驗結果見下列圖表:
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如表1所示:硫酸鋁、PAC、PFS、PAM、CPAM最佳絮凝用量分別是0. 5、0. 2、0. 6、0. 3、0. 2 mL。但在實驗過程中,用硫酸鋁絮凝沉淀后,所形成的沉淀顆粒細小,未能形成大的絮團,且沉降速度慢,沉淀與上層液體的界面不清晰;聚合氯化鋁絮凝沉淀的顆粒較大,經靜置后沉淀與上層清液的界面清晰;用聚合硫酸鐵混凝沉淀,所得絮凝的顆粒較聚合氯化鋁所得的略大,沉淀與上層清液的界面清晰,分層時間也較聚合氯化鋁短;PAM所形成的沉淀形成大的絮團,且沉降速度加快,沉淀與上層液體的界面清晰; CPAM所形成的沉淀絮團較PAM形成的絮團大、分層速度快沉淀與上清液的界面清晰。由實驗比較中得出,選用的5種絮凝劑中混凝效果最好的聚合氯化鋁(PAC和可以形成密度較大絮團,易于沉降和污泥的脫水聚合硫酸鐵(PFS)、具有吸附搭橋作用且具有良好復配性能的陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)這3種混凝劑作為復合絮凝劑的基礎原料。
2.3 絮凝劑的最佳復配比
按照混凝機理,投藥順序為先加無機混凝劑后加有機高分子混凝劑。在污水中加入PAC的最佳用量,用PFS作為助凝劑,進行逐次試驗,復配結果如圖2:
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圖2中可知,PAC與PFS的最佳配比是2∶3時,絮凝結果最好。但是,由于PFS的捕捉膠體分子的能力不如有機高分子絮凝劑,因此,總鉻的含量還是較大,故要加入有機高分子絮凝劑CPAM予以復配,結果如圖3:
圖3得,復合絮凝劑的最佳配比是: PAC∶PF∶CPAM =2∶3∶1。這是因為高分子絮凝劑具有架橋吸附和網捕作用,能使膠體分子聚集沉淀。
2.4 pH值對復合絮凝劑效果的影響
如圖4所示, PAC, PFS, CPAM以2∶3∶1配比投加,當pH值在7. 8時效果最好。此時,上清液為無色,絮凝顆粒大,沉降速度快,污泥量少。
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在處理污水的時候,復合絮凝劑的加入量是經還原后的污水量的3. 5% (體積分數)。經處理后的清液中,總鉻含量降至0. 82 mg·L-1, 6價鉻濃度為0. 07 mg·L-1,遠低于國家總鉻1. 5 mg·L-1和6價鉻0. 5 mg·L-1的排放標準。
3.結 論
電鍍廢水經還原、復合絮凝劑的絮凝沉淀后,總鉻的除去率達到99. 99%,操作方便,經濟適用。
參考文獻
[1] 涂錦葆.電鍍廢水處理手冊[M].北京:機械工業出版社, 1989.
[2] 陳繼梅,何先莉,毛劍英.水中鉻測定方法的進展[J].北京工業大學學報, 2001, 27(2): 208~212
[3] 《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法[M].北京:中國環境科學出版社, 1989. 157~161
[4] 劉利萍,張淑蓉.電鍍含鉻廢水的處理和利用[J].重慶環境科學, 1999, 21(3): 37~38
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