CN104761084B - 一种基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法 - Google Patents
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- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
一种基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，包括以下步骤：(1)将六价铬水溶液的pH值调节为3.5‑6.0，温度调节为10‑30℃；(2)将三氯化铁和硼氢化钠分别加水配成三氯化铁母液和硼氢化钠母液；(3)在搅拌条件下向步骤(1)调节后的六价铬水溶液中依次加入上述三氯化铁母液和硼氢化钠母液；(4)保持搅拌，直至六价铬被还原为三价铬且生成沉淀并沉淀下来。本发明通过三氯化铁和硼氢化钠的协同作用，包括还原作用、吸附作用以及共沉淀作用，将水中的六价铬一步去除，具有药剂易得、适应六价铬废水pH值和浓度范围宽、反应条件温和、反应速率快、去除容量大、沉降效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，属于重金属废水处理技术领域。
背景技术
现有六价铬废水的处理方法主要为化学还原法、物理化学法和生物处理法。
化学还原法是在酸性条件下向废水中投加还原剂，将六价铬还原成三价铬后，再投加碱使pH升至碱性(pH＝7.0-9.0)，三价铬生成氢氧化铬沉淀而去除的方法。所用还原剂通常为硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、二氧化硫等。传统化学还原法工艺成熟、管理简单，但存在不少问题。例如，还原速率和效率均不高、反应过程不易控制、工艺流程复杂且需辅以絮凝剂和助凝剂强化去除效果等。若采用二氧化硫做还原剂，则还存在药剂投加量和水质控制困难，易引起二氧化硫二次污染的问题。
物理化学法是通过吸附、浓缩和分离将废水中六价铬直接去除的方法。该方法主要包括吸附法、离子交换法和膜分离法。它具有处理效果好、废水能深度处理、六价铬可回收利用的优点。但物理化学法中，吸附法只是将六价铬从液相转移到固相，吸附剂难再生，再生液难处理；离子交换法对离子交换树脂的要求高，且需要对废水进行严格的预处理，进水六价铬浓度要求低于200mg/L；膜分离法存在膜稳定性不好、易堵塞、反洗困难，膜浓液处理困难等问题。
生物处理法是一种新兴的六价铬废水处理方法，它是利用特定生物(主要是藻类、细菌、真菌等微生物和植物)的催化还原、静电吸附、络合、絮凝和共沉淀等作用对六价铬进行处理。该方法适应性强、工艺简单、处理费用低，但修复周期比较长，且生物的耐受度有限。
鉴于现有六价铬废水处理方法存在诸多问题，同时针对应急处理突发性六价铬污染等环境事故的需求，开发一种反应速率快、去除效果好、简单易行的六价铬去除新技术，对水环境污染治理具有重要的意义。
发明内容
本发明针对现有六价铬废水处理技术存在的问题以及应急处理突发性水污染事故的需求，提出一种反应速率快、去除容量大、沉降效果好的基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法。
本发明的基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，包括以下步骤：
(1)将六价铬浓度为20-200mg/L的六价铬水溶液的pH值调节为3.5-6.0，温度调节为10-30℃；
(2)按六价铬水溶液中铁与铬摩尔比为1.0-1.2的比例称取三氯化铁，再按硼氢化钠与三氯化铁摩尔比为3.0的比例称取硼氢化钠，将三氯化铁和硼氢化钠分别加水配成三氯化铁母液和硼氢化钠母液；
(3)在搅拌条件下向步骤(1)调节后的六价铬水溶液中依次加入上述三氯化铁母液和硼氢化钠母液；
(4)保持搅拌，直至六价铬被还原为三价铬且生成沉淀并沉淀下来。
所述步骤(4)的搅拌条件是先以200-300转/分钟的搅拌速度搅拌1-2分钟，再以60-100转/分钟的搅拌速度搅拌1-5分钟。
本发明所用到的化学药剂为三氯化铁和硼氢化钠。
三氯化铁是一种共价化合物，易溶于水，有强烈的吸水性，易潮解。三氯化铁由水溶液析出时带六个结晶水为六水合三氯化铁，是橘黄色晶体。三氯化铁对低油度的原水处理效果好、价格便宜，在水处理中应用广泛。
硼氢化钠是一种络合金属氢化物，具有很强的还原性。在酸性水溶液、热水中或有金属催化剂存在时，迅速水解而放出氢气，但在冷水和碱性水溶液中十分稳定。硼氢化钠可用于含汞、银、镍等工业废水或废液的处理，此工艺成本低廉、设备简单、操作方便、效果甚好，且能以单质形式回收贵重金属。
本发明的原理是：硼氢化钠以及特定情况下硼氢化钠与三氯化铁原位生成的零价铁具有还原性，其将水溶液中的六价铬还原为三价铬后，生成的三价铬与三价铁共沉淀，生成铁和铬的复合氢氧化物或羟基氧化物，从而将六价铬去除。即本发明是通过三氯化铁和硼氢化钠的协同作用，包括还原作用、吸附作用以及共沉淀作用，将水中的六价铬一步去除。
与已有技术方法相比，本发明具有药剂易得、适应六价铬废水pH值和浓度范围宽、反应条件温和、反应速率快、去除容量大、沉降效果好等优点。
附图说明
图1是实施例1中六价铬去除率的示意图。
图2是实施例2中六价铬去除率的示意图。
图3是实施例4中六价铬去除率的示意图。
具体实施方式
实施例1
在八个玻璃容器中加入六价铬浓度为50mg/L的水溶液各500mL，温度25℃。利用盐酸(硝酸)或氢氧化钠调节体系的初始pH值分别为3.5，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0和10.0。在磁力搅拌器以250转/分钟的快速搅拌下向六价铬水溶液中依次加入三氯化铁母液和硼氢化钠母液，使加入后铁与铬的摩尔比为1.02，硼氢化钠与三氯化铁摩尔比为3.0。快速搅拌2分钟后转为60转/分钟的慢速搅拌，时间为5分钟，静置沉降15分钟，取上清液过滤，对过滤后的上清液进行水质分析。
确定在初始pH值为3.5到6.0时，六价铬的去除率均可达98.5％以上，较低pH有利于六价铬的去除，去除率如图1所示。
实施例2
在四组(每组各八个)玻璃容器中加入六价铬水溶液，第一组至第四组的六价铬浓度分别为20mg/L、50mg/L、100mg/L和200mg/L，同组样品的六价铬浓度相同，每个样品各500mL。初始pH值为4.0，温度25℃。在磁力搅拌器以300转/分钟的快速搅拌下向六价铬水溶液中依次加入三氯化铁母液和硼氢化钠母液，使加入后第一组的八个容器中Fe(III)的浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L、35mg/L和40mg/L(对应的铁与铬的摩尔比分别为0.23、0.46、0.70、0.93、1.16、1.39、1.63和1.86)，同理，第二组Fe(III)的浓度分别为10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、55mg/L、60mg/L和65mg/L(对应的铁与铬的摩尔比分别为0.19、0.37、0.56、0.74、0.93、1.02、1.11和1.21)，第三组Fe(III)的浓度分别为10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、110mg/L和120mg/L(对应的铁与铬的摩尔比分别为0.09、0.19、0.37、0.56、0.74、0.93、1.02和1.11)，第四组Fe(III)的浓度分别为25mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、215mg/L和230mg/L(对应的铁与铬的摩尔比分别为0.12、0.23、0.35、0.46、0.70、0.93、1.00和1.07)。每个样品中硼氢化钠与三氯化铁摩尔比均为3.0。快速搅拌1分钟后转为100转/分钟的慢速搅拌，时间为2分钟，静置沉降15分钟，取上清液过滤，对过滤后的上清液进行水质分析。
确定对于六价铬初始浓度分别为20mg/L、50mg/L、100mg/L和200mg/L，对应Fe(III)投加量分别为25mg/L、55mg/L、110mg/L和230mg/L(对应的铁与铬的摩尔比分别为1.16、1.02、1.02和1.07)时，六价铬的去除率均可达99.6％以上。也就是说，确定六价铬水溶液中铁与铬摩尔比为1.0-1.2时，去除效果较好。如图2所示。
实施例3
在四个玻璃容器中加入六价铬浓度为50mg/L的水溶液各500mL，初始pH值为4.0，水溶液温度分别控制为10℃、20℃、30℃和40℃。在磁力搅拌器以200转/分钟的快速搅拌下向六价铬水溶液中依次加入三氯化铁母液和硼氢化钠母液，使加入后铁与铬的摩尔比为1.02，硼氢化钠与三氯化铁摩尔比为3.0。快速搅拌2分钟后转为80转/分钟的慢速搅拌，时间为4分钟，静置沉降15分钟，取上清液过滤，对过滤后的上清液进行水质分析。
确定水温为10-30℃时，六价铬的去除率均大于99.1％。降低温度，有利于六价铬的去除。本实施例的结果如下表所示。
实施例4
在六个玻璃容器中加入六价铬浓度为50mg/L的水溶各500mL，初始pH值为4.0，温度25℃。在磁力搅拌器以250转/分钟的快速搅拌下向六价铬水溶液中依次加入三氯化铁母液和硼氢化钠母液，使加入后铁与铬的摩尔比为1.02，硼氢化钠与三氯化铁摩尔比为3.0。控制快速搅拌时间分别为20秒、40秒、60秒、80秒、100秒和120秒，然后转为70转/分钟的慢速搅拌，时间为1分钟，静置沉降15分钟，取上清液过滤，对过滤后的上清液进行水质分析。
确定六价铬的去除速率非常快，反应在不到3分钟内就进行完全，去除率如图3所示。
Claims (3)
1.一种基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将六价铬浓度为20-200mg/L的六价铬水溶液的pH值调节为3.5-6.0，温度调节为10-30℃；
(2)按六价铬水溶液中铁与铬摩尔比为1.0-1.2的比例称取三氯化铁，再按硼氢化钠与三氯化铁摩尔比为3.0的比例称取硼氢化钠，将三氯化铁和硼氢化钠分别加水配成三氯化铁母液和硼氢化钠母液；
(3)在搅拌条件下向步骤(1)调节后的六价铬水溶液中依次加入上述三氯化铁母液和硼氢化钠母液；
(4)保持搅拌，直至六价铬被还原为三价铬且生成沉淀并沉淀下来。
2.根据权利要求1所述的基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，其特征是，所述步骤(2)的硼氢化钠母液需现配现用。
3.根据权利要求1所述的基于还原沉淀的水中六价铬快速去除方法，其特征是，所述步骤(4)的搅拌条件是先以200-300转/分钟的搅拌速度搅拌1-2分钟，再以60-100转/分钟的搅拌速度搅拌1-5分钟。
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