陳 旭

摘要:文章通過實(shí)驗(yàn),以陽離子交換樹脂作交換劑,對含三價(jià)鉻廢水進(jìn)行交換反應(yīng)。通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn),分析過程中廢水的不同pH值和廢水的不同流量對處理效果的影響,結(jié)果表明,當(dāng)廢水pH值為4,廢水流量為6BV/h,凈化效果最好。

關(guān)鍵詞:離子交換樹脂;含鉻廢水;靜態(tài)實(shí)驗(yàn);pH值

中圖分類號:X520.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0072-01

1鉻在水中的危害

鉻是水體的主要金屬污染物之一。水體鉻污染的結(jié)果可引起水生生態(tài)變化,嚴(yán)重的水污染可以使水生生物死亡,輕度的水污染也影響生物的生長。

鉻在水體中以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻形式存在。三價(jià)鉻毒性低,在水中不穩(wěn)定,當(dāng)pH值6~7時(shí),可形成Cr(OH)3沉淀,10 ppm時(shí)使水的生化需氧量減少25%。1 ppm使水濁度增加。六價(jià)鉻在水體中以鉻酸或鉻酸鹽的形式存在,很穩(wěn)定,水體對六價(jià)鉻的自凈能力較弱。實(shí)驗(yàn)證明,動(dòng)物對六價(jià)鉻的吸收率高于三價(jià)鉻,毒性較大。

2含鉻廢水的處理

含鉻廢水必須隔離,不能讓其與銨、尿素等混合,這主要是為了減少含鉻廢水的體積,避免銨和尿素的干擾。在生物處理之前應(yīng)使廢水中鉻的濃度達(dá)到百萬分之10以下。最常用的六價(jià)鉻處置方法是先將六價(jià)鉻還原到三價(jià),再用堿沉淀法處理三價(jià)鉻離子。為了符合越來越嚴(yán)格的排水標(biāo)準(zhǔn),還可采用離子交換法、反滲透法、石灰絮凝和炭吸附法、溶劑萃取法、蒸發(fā)濃縮和電解回收以及化學(xué)沉淀法等。

3靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

3.1所需樹脂量的計(jì)算

取廢液100 ml,則Cr3+的質(zhì)量:

1000 mg/L×100 ml=0.1 g

樹脂的質(zhì)量交換容量為:4.4 mmol/g

在工業(yè)應(yīng)用中,廢水中的懸浮物容易堵塞樹脂的孔隙,油類會裹脅樹脂顆粒,造成樹脂交換能力降低 ,對每一顆粒樹脂來說,其中的交換基團(tuán)很難完全變成一種離子形式,因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)樹脂并不能被完全交換,據(jù)資料顯示,樹脂利用率等于交換前、后交換容量之差,一般樹脂的交換能力為全容量交換的60%～70%,本次實(shí)驗(yàn)取70%,則每一份靜態(tài)實(shí)驗(yàn)所需的樹脂:

0.1/(4.4 mmol/g×52 g/mmol×0.7)=0.6244 g

3.2實(shí)驗(yàn)過程

①取樣分別置于5個(gè)錐形瓶中,各100 ml然后用HCl和NaOH將這些樣品調(diào)至不同的pH值,分別為:1、2、3、4、7。②分別稱取5份0.6244 g干陽樹脂,浸泡轉(zhuǎn)型后,將樹脂分別倒入5個(gè)錐形瓶,然后搖勻。待完全沉底后開始靜置。③靜置24 h后,取樣50 ml。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確,分別做了兩組獨(dú)立的靜態(tài)實(shí)驗(yàn),第一組里pH值為7時(shí),出水濃度為0,去除率為100%。分析實(shí)驗(yàn)過程,應(yīng)該是在調(diào)pH值時(shí),由于調(diào)到7,加了過量的NaOH,生成了大量的Cr(OH)3沉淀,取樣時(shí)取的是上層澄清溶液,導(dǎo)致溶液中幾乎無Cr3+,所以就產(chǎn)生了此現(xiàn)象。于是我取第二組數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,從相關(guān)數(shù)據(jù)得出,去除率相對較高的是pH值為4,當(dāng)pH值為1、2時(shí),去除率偏底,pH值為3、4、7時(shí)都高,但pH值為7時(shí)又相對降低?？梢?陽樹脂在偏酸條件下交換能力強(qiáng)。根據(jù)Cr3+ +3OH-=Cr(OH)3↓,Cr3+在堿性環(huán)境中易生成Cr(OH)3沉淀,樹脂不能將Cr(OH)3沉淀交換,樹脂的交換能力不高。在酸性環(huán)境中,不易生成Cr(OH)3沉淀,所以樹脂的交換能力強(qiáng)。但是酸性太強(qiáng),會發(fā)生以下反應(yīng):Cr3+-3e→Cr6+,或生成鉻酸根水合離子,不能和樹脂交換,從而使樹脂的交換能力下降,去除率低。

本次實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度是200℃,通過實(shí)驗(yàn),升高溫度對實(shí)驗(yàn)有影響,據(jù)資料顯示,水溫的升高除了可加速離子交換的擴(kuò)散反應(yīng)外,也可能引起樹脂的分解如{RHSO3+H20(>100℃)一→RH+H2S04}而破壞樹脂的交換能力,一般陽樹脂最高使用溫度小于100℃。

綜上所述,當(dāng)在溶液pH值為4時(shí),陽樹脂離子交換能力最強(qiáng)。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過幾組不同pH值的靜態(tài)實(shí)驗(yàn),證明陽離子交換樹脂在廢水條件pH值為4時(shí),它的交換能力最好。通過全流程穩(wěn)定性交換實(shí)驗(yàn),對2 000 mg/L的含鉻廢水,在廢水pH值為4和廢水流量為6BV時(shí),陽離子交換樹脂的累積交換體積是床體積的2～30倍。

參考文獻(xiàn):

[1] 雷仲存,錢凱,劉念華,等.工業(yè)水處理原理及應(yīng)用[M].北京:工業(yè)出版社,2003.

[2] 崔玉川,楊崇豪,張東偉,等.城市污水回用深度處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.