5种絮凝剂复配及在电镀含铬废水中的应用
电镀废铬液中Cr(VI)和Cr(Ⅲ)对人和动物危害很大。国家允许的6价铬的排放浓度最高是0. 5mg·L-1,总铬的排放量是1. 5 mg·L-1 [1]。目前,国内外对于含铬废液的治理已经研究出了很多方法,主要有离子交换法,电解法,絮凝法等,其中絮凝法操作简单,收益甚好。本文通过5种絮凝剂处理电镀含铬废水的研究,确定了最佳复合絮凝剂的配比。所得复合絮凝剂能有效的处理含铬废水。
1.实验部分
1.1 实验仪器
721型分光光度计(上海分析仪器厂),磁力DBJ621定时变速搅拌器(4332厂), PHS-3C数字酸度计(杭州东星仪器厂),DT-100分析天平(北京光学仪器厂), SHB-C型循环水真空泵(郑州杜甫仪器厂), 101-1型电热鼓风干燥箱(上海实验仪器厂)。
1.2 实验试剂
亚硫酸氢钠(CP),聚丙烯酰胺(PAM) (工业级),相对分子质量≥300万,阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)(工业级),相对分子质量: 700~800,硫酸铝(CP),二苯碳酰二肼(AR),聚合氯化铝(PAC)(工业级),聚合硫酸铁(PFS)(工业级)。
1.3 分析方法
二苯碳酰二肼分光光度法[2、3]。
1.4 实验原料及来源
电镀含铬废水,取自中国人民解放军5702厂。
1.5 试验过程
1.5.1 废液中Cr(VI)的还原
取一定量的电镀废水,用硫酸(6 mol·L-1)调节并保持pH值在2~3之间,按溶液中Cr(VI)的含量所计算还原剂的用量加入亚硫酸氢钠(过量10% )。取少量已还原的废水,用N-苯基代氨基苯甲酸作为指示剂,若蓝色中有紫红色出现,则要继续加还原剂;反之,则说明还原完全。
1.5.2 Cr(Ⅲ)的最佳沉淀pH值
分别取10 mL还原后的溶液于10个烧杯(250mL),分别用NaOH(3 mol·L-1)调节pH值为6. 0~11. 0,静置12 h后,进行抽滤、烘干、称量,污泥量最大的为最佳沉淀pH值。绘制pH值-3价铬含量的曲线图。
1.5.3 絮凝剂性能的测试实验
分别取10 mL还原后废液于40个烧杯(分5组)中,每一种絮凝剂的实验为一组(硫酸铝[Al2(SO4)3·18H2O]、聚合氯化铝(PAC) [[Al2(OH)nCl6-n]m]、聚合硫酸铁(PFS)[[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m]、聚丙烯酰胺(PAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)),分别调节pH值为8. 0。分别向每组烧杯中用移液管加入0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8 mL各絮凝剂,搅拌15 min后,静置0. 5 h。抽滤(滤纸烘干),将滤饼与滤纸于90℃烘箱4 h后,称重。绘制沉淀-絮凝剂加入量的图表。选择最好的絮凝剂,以备复配。
1.5.4 絮凝剂的复配
以上试验中最佳絮凝剂为主剂,其它絮凝剂为辅剂,得出最佳复合絮凝剂。主剂以最佳量加入,令两种助凝剂分别以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,搅拌、静置、烘干、称重,绘制总铬含量-絮凝剂加入量的图表。
1.5.5 复合絮凝剂最佳絮凝pH值
分别取10 mL还原后的铬液于11个烧杯中,调节pH值为7. 0、7. 2、7. 4、7. 6、7. 8、8. 0、8. 2、8. 4、8. 6、8. 8、9. 0,按最佳配比复合絮凝剂的最佳量加入,搅拌、静置、抽滤、烘干、称重,绘制吸光度-pH值曲线,选择最佳pH值。
2.实验结果与讨论
2.1 最佳沉淀pH值的确定
如图1所示,Cr(Ⅲ)的最佳沉淀pH值为8. 0,与相关资料[4]中说的其应在8~9相符。
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2.2 絮凝剂的初选结果
硫酸铝(6. 021 0 g/L)、聚合氯化铝(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)各絮凝剂对污水的试验结果见下列图表:
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如表1所示:硫酸铝、PAC、PFS、PAM、CPAM最佳絮凝用量分别是0. 5、0. 2、0. 6、0. 3、0. 2 mL。但在实验过程中,用硫酸铝絮凝沉淀后,所形成的沉淀颗粒细小,未能形成大的絮团,且沉降速度慢,沉淀与上层液体的界面不清晰;聚合氯化铝絮凝沉淀的颗粒较大,经静置后沉淀与上层清液的界面清晰;用聚合硫酸铁混凝沉淀,所得絮凝的颗粒较聚合氯化铝所得的略大,沉淀与上层清液的界面清晰,分层时间也较聚合氯化铝短;PAM所形成的沉淀形成大的絮团,且沉降速度加快,沉淀与上层液体的界面清晰; CPAM所形成的沉淀絮团较PAM形成的絮团大、分层速度快沉淀与上清液的界面清晰。由实验比较中得出,选用的5种絮凝剂中混凝效果最好的聚合氯化铝(PAC和可以形成密度较大絮团,易于沉降和污泥的脱水聚合硫酸铁(PFS)、具有吸附搭桥作用且具有良好复配性能的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)这3种混凝剂作为复合絮凝剂的基础原料。
2.3 絮凝剂的最佳复配比
按照混凝机理,投药顺序为先加无机混凝剂后加有机高分子混凝剂。在污水中加入PAC的最佳用量,用PFS作为助凝剂,进行逐次试验,复配结果如图2:
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图2中可知,PAC与PFS的最佳配比是2∶3时,絮凝结果最好。但是,由于PFS的捕捉胶体分子的能力不如有机高分子絮凝剂,因此,总铬的含量还是较大,故要加入有机高分子絮凝剂CPAM予以复配,结果如图3:
图3得,复合絮凝剂的最佳配比是: PAC∶PF∶CPAM =2∶3∶1。这是因为高分子絮凝剂具有架桥吸附和网捕作用,能使胶体分子聚集沉淀。
2.4 pH值对复合絮凝剂效果的影响
如图4所示, PAC, PFS, CPAM以2∶3∶1配比投加,当pH值在7. 8时效果最好。此时,上清液为无色,絮凝颗粒大,沉降速度快,污泥量少。
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在处理污水的时候,复合絮凝剂的加入量是经还原后的污水量的3. 5% (体积分数)。经处理后的清液中,总铬含量降至0. 82 mg·L-1, 6价铬浓度为0. 07 mg·L-1,远低于国家总铬1. 5 mg·L-1和6价铬0. 5 mg·L-1的排放标准。
3.结 论
电镀废水经还原、复合絮凝剂的絮凝沉淀后,总铬的除去率达到99. 99%,操作方便,经济适用。
参考文献
[1] 涂锦葆.电镀废水处理手册[M].北京:机械工业出版社, 1989.
[2] 陈继梅,何先莉,毛剑英.水中铬测定方法的进展[J].北京工业大学学报, 2001, 27(2): 208~212
[3] 《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社, 1989. 157~161
[4] 刘利萍,张淑蓉.电镀含铬废水的处理和利用[J].重庆环境科学, 1999, 21(3): 37~38
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