高均超

【摘 要】鉻是環(huán)境中主要污染物，含鉻廢水如不加以有效的處理，對環(huán)境和人體都會造成極大的危害。含鉻廢水的處理方法很多，本文主要介紹了化學還原沉淀法處理含鉻廢水，結合試驗，研究了原液pH值、還原劑投放量對鉻離子還原的影響，獲得了化學還原沉淀法處理含鉻廢水的最佳參數(shù)值。

【關鍵詞】化學還原沉淀法；含鉻廢水；原液pH值；還原劑；去除率

鉻是環(huán)境中一種主要的污染物，其化合物主要以Cr（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的形式存在，但以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的化合物最為常見。在環(huán)境監(jiān)測中，通常以總鉻和Cr（Ⅵ）的質量濃度來衡量環(huán)境中水質的污染程度。其毒性則以Cr（Ⅵ）最強。目前，對于含鉻廢水的處理積累了許多有效的方法，包括物理法、化學法、物理化學法及生物法。其中，主要以化學法為主，占實際工程應用的很大比重。本文結合試驗，主要討論采用化學還原沉淀法處理含鉻廢水，以獲得了化學還原沉淀法處理含鉻廢水的最佳參數(shù)值，為實際應用提供實驗數(shù)據。

1.實驗方法

1.1 藥品及儀器

分光光度計：上海奧析科學儀器有限公司，752N；

pH計：貴陽學通生產，PHS-25C；

電子天平：廣東衡之杰公司，F(xiàn)A/JA系列。

丙酮（CH3COCH3）：分析純；

無水亞硫酸鈉（Na2SO3）：分析純；

氫氧化鈉（NaOH）：分析純；

重鉻酸鉀（K2Cr2O7）：分析純；

焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）：分析純；

高錳酸鉀（KMnO4）：分析純。

1.2 實驗方法

（1）鉻離子儲備溶液的配制

配制2000mg/L的鉻離子儲備液。儲備液需放在避光的地方，封閉嚴實，每次提取應當注意不能污染原液且儲備液應盡快使用，不得放置過久的時間。

（2）鉻濃度的測定

在酸性溶液中，鉻離子與二苯碳酰二肼反應，生成紫紅色化合物，其最大吸收波長為540nm，吸光度與濃度的關系符合比爾定律。Cr6+與顯色劑的顯色反應一般控制酸度在0.05～0.3mol/L（1/2H2SO4）范圍，以0.2mol/L時顯色最好。顯色前，水樣應調至中性。顯色溫度和放置時間對顯色有影響，在15℃時，5～15min顏色即可穩(wěn)定。

（3）鉻標準曲線的制作

使用儲備液配制10mg/L的鉻鉻離子標準溶液1000mL，分別取0.5mL，1mL，2mL，3mL，4mL，5mL放入50ml比色管中，然后加入蒸餾水稀釋至50mL，在每個比色管中加入0.5mL硫酸（1：1）和0.5mL磷酸（1：1），搖勻后加入2mL顯色劑II，經過10min顯色反應后，放入紫外線分光光度計中測量其吸光度（干擾離子忽略不計）。

從中反映了在使用相同儲備液的情況下，水中鉻離子的濃度與其在540nm紫外線照射下吸光度之間的線性關系。可以根據標準曲線圖中得到的公式計算出已測得溶液吸光度所對應的鉻離子的濃度。從相關系數(shù)R2=0.9996可以看出，此標準曲線線性關系良好。

2.結果與討論

2.1 原液pH值對還原效果的影響

（1）亞硫酸鈉

稀釋200mL/L的儲備液1000mL，取5個錐形瓶，編號為1～5，將稀釋后的鉻離子溶液平均倒入5個錐形瓶中，使用硫酸（1：1）調節(jié)其pH值。

然后根據還原方程式

計算得出，在該還原反應中鉻離子與亞硫酸鈉的質量比約為1：3.63，考慮到實驗誤差以及藥品雜質，選定投量比為1：4。

稱量亞硫酸鈉800mg，溶于100mL水中，然后在每個錐形瓶中分別加入20mL，攪拌，待反應30min后觀察，可以看到1號瓶與2號瓶顏色變?yōu)榫G色，其為三價鉻的顏色，而3～5號瓶的顏色變化并不明顯，仍為鉻離子的顏色。

用氫氧化鈉溶液滴定至溶液pH值至8，靜置后觀察，可以看到生成沉淀為絮狀淡藍色。

從中可以看出，當pH值在1左右時，鉻離子的去除率達到最大。鉻離子在溶液中的種類分布主要是依靠總鉻離子的濃度和pH值。

（2）焦亞硫酸鈉

稀釋200mL/L的儲備液1000mL，取5個錐形瓶，編號為1～5，將稀釋后的溶液平均倒入5個錐形瓶中，使用硫酸（1：1）調節(jié)其pH值。調節(jié)后的原液pH值見表1。

根據還原方程式計算得出，在該還原反應中鉻離子與焦亞硫酸鈉的質量比約為1：2.74，考慮到實驗誤差以及藥品雜質，選定投放比為1：3。與使用亞硫酸鈉做還原劑相比，使用焦亞硫酸鈉還原后，1～5號瓶顏色全部為淺綠色，且相差不明顯。

在投入相同比例的還原劑的情況下，焦亞硫酸鈉與氫氧化鈉相比，所需的pH值條件更為寬松。

從中可以看出，在pH值為2.1的情況下，去除率達到了99.48%?？紤]在工業(yè)生產過程中需要對廢水進行預處理，更高的酸度意味著預處理成本的增大，同時也對管道、儲存設備的抗腐蝕性有更高的要求。所以從pH值方面講，使用焦亞硫酸鈉更為經濟、合理。

2.2 還原劑投放量對鉻離子還原的影響

向廢水中投加某種化學藥劑，使其與水中某些溶解物質產生反應，生成難溶于水的鹽類沉淀，從而降低水中這些溶解物質的含量。廢水中某種離子能否采用化學還原沉淀法與廢水分離，首先決定于能否找到合適的沉淀劑。本實驗采用的還原劑為亞硫酸鈉與焦亞硫酸鈉。

（1）亞硫酸鈉

在1000mL的容量瓶中將原液稀釋至200mg/L，將原液pH值調節(jié)至2.28，然后平均倒入5個錐形瓶中。

鉻離子的剩余濃度隨著還原劑投放比例的增大逐漸減小，當投放比例為5：1的時候，鉻離子的去除率達到最大值，然后隨著投放量的增加，鉻離子的濃度幾乎不再減少。增加沉淀劑的使用量，可以提高廢水中離子的去除率，但沉淀劑的用量不宜過多，否則會導致相反的作用，一般不要超過理論用量的20%～50%。

（2）焦亞硫酸鈉

在1000mL的容量瓶中將原液稀釋至200mg/L，然后把pH值調節(jié)至2.3，將溶液平均倒入5個錐形瓶中。實驗所得還原劑投放比例與剩余鉻離子去除率關系見圖1。

根據圖1可知，當焦亞硫酸鈉比鉻為2.74：1時為理論最適值。

通過實驗可知，在相同pH值的情況下，亞硫酸鈉的投加量為5：1的時候，鉻離子的去除率已經達到了99.76%，而焦亞硫酸鈉的投加量為3：1的時候也達到了99.61%。以后再增加投加量，去除率的增加并不明顯?？紤]到藥品雜質以及廢水中其他雜質的影響，還原劑的投加量應為理論值的115%～140%。

2.3 兩種沉淀劑對氫氧化鉻沉淀生成的影響

將儲備液稀釋至200mg/L，取出100mL調節(jié)pH值為2.01，以3：1的比例加入焦亞硫酸鈉還原后，測定pH值，當變?yōu)?.5時，然后將溶液平均分為兩份。

用1mol/L氫氧化鈉滴定至0.05mL時出現(xiàn)沉淀，但震蕩后沉淀消失，測得此時pH值為4.98，繼續(xù)滴定至0.46mL時沉淀穩(wěn)定，震蕩后不消失，測得此時溶液pH值為5.92，繼續(xù)滴定，直到4.65mL時沉淀重新消失，溶液顏色變深，測得此時pH值為12.42。

在室溫27℃下飽和氫氧化鈣溶液滴定至17.56mL時出現(xiàn)沉淀，但震蕩后沉淀消失，測得此時pH值為7.01，滴定至23.9mL時沉淀穩(wěn)定，震蕩后不消失，此時pH為7.51，繼續(xù)滴定，沉淀不消失。

氫氧化鉻呈兩性，pH值過高時，已生成的氫氧化鉻會再度反溶為NaCrO2；而pH值太低，沉淀不能生成。從實驗數(shù)據看，氫氧化鉻生成的最低pH值為5.92，在pH值大于12.42的時候，氫氧化鉻已經完全溶解，因此控制pH值在7～8之間沉淀效果最佳。

3.結論

總之，含鉻廢水是危害性較強的一類環(huán)境污染源，必須予以重視。為了處理好這一污染物，必須從實際出發(fā)，不斷地提高科技含量，選擇合適的處理方法，消除對環(huán)境的污染。試驗表明，只要合理選用還原劑和沉淀劑，采用化學還原沉淀法處理含鉻廢水，在理論和實踐應用上是完全可行的。

參考文獻：

[1] 郭壯.還原沉淀法處理含鉻廢水的研究及應用[D].哈爾濱工業(yè)大學，2007年.

[2] 顏家保；王朝霞；吳文升.還原沉淀法處理含鉻廢水的工藝研究[J].武漢科技大學學報（自然科學版），2002年01期.