零价铁对水中六价铬还原性能及沉淀污泥中铬的固定化

2017-03-15 08:06:25 3

  铬污染主要来源于铬盐生产、电镀、革鞣、冶金、染料、电子等工业领域[1-3]。水体环境中铬一般以Cr(VI)和Cr(III)的形式存在,Cr(VI)具有很强的流动性,长期暴露在六价铬环境中会慢性中毒引发癌症[4],特别是肺癌。Cr(III)是人体必需的微量元素之一,但过多摄入也对人体健康有害,成年人每人每天铬的最高容许摄入量为20~50μg[5-9]。由于在天然水环境的pH范围内Cr(III)的溶解度很低,因此研究者主要关注的是Cr(VI)的处理技术。

  用于去除水中六价铬的方法很多,如化学还原、吸附、离子交换、膜分离、生物修复和电化学修复等[10-15]。化学还原法因设备简单,投资少,占地面积小,运行管理方便,处理效果好,对水质变化适应性强而被普遍认可和采用,90%以上的铬污染水采用此法处理,比较常用的还原剂包括含铁或硫的还原态的物质[16-20]。自20世纪80年代以来,零价铁就被广泛用于地下水原位修复[21],它具有廉价、高还原势和反应速度快的特点。虽然近年来利用零价铁还原水 中六价铬的相关报道很多,但某些研究结果却不一致,如共存阴阳离子的影响,并且对于六价铬还原后产生的三价铬的处理并未做说明。

  因此,本文以六价铬为目标物,研究零价铁还原水中六价铬的去除效率,并考察溶液初始pH值、反应温度、零价铁投量、水中常见阴阳离子对去除效率和反应动力学的影响,同时还对其还原后产生的含铬沉淀污泥进行了碱激发矿渣固定化处理,为零价铁修复水中六价铬污染及其产生的沉淀污泥的处置提供参考。

  1 实验与方法

  1.1 仪器和试剂

  主要仪器:恒温磁力搅拌器(上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司);InoLabpH7110型pH计(德国WTW 公司);T6紫外-可见分光光度计(北京普析通用有限公司);快速养护箱(无锡市华南实验仪器有限公司);恒温恒湿箱(上海三腾仪器有限公司);全自动翻转式振荡器(湖南金蓉园仪器设备有限公司);胶砂试体成型(ISO)振实台(中科仪器);恒温水浴锅(金坛市双捷实验仪器厂);恒温槽(宁波新芝生物科技股份有限公司)。

  主要试剂:重铬酸钾(基准试剂);浓硫酸和硝酸(优级纯);丙酮(色谱纯);铁粉、二苯炭酰二肼、铬酸钾、氢氧化钙等(分析纯)。

  实验材料:矿渣取自某混凝土生产厂(为高炉冶炼生铁时得到的熔融物,平均粒径23.918μm,比表面积为2.87m2/g);电镀污泥取自某电镀厂。

  1.2 分析方法

  溶液pH值采用pH计测定;Cr(VI)浓度采用二苯炭酰二肼比色法测定;TCr浓度采用原子吸收光谱仪(5300DV)进行测定;电镀污泥和矿渣样品元素组成采用X射线荧光光谱仪(帕纳克PW4400)进行测定(结果见表1);电镀污泥中Cr(VI)含量测定采用碱消解前处理,再采用二苯炭酰二肼比色法进行测定,结果见表1。

  1.3 实验方法

  1.3.1 水中Cr(VI)还原实验

  称取一定质量的铬酸钾,用去离子水配置成一定浓度的含Cr(VI)溶液作为母液,然后取一定体积的含Cr(VI)母液,稀释至1L,配成Cr(VI)浓度为5.0mg/L的溶液,转移至1L的三口瓶中,加入一定质量的铁粉,在磁力搅拌器上快速搅拌(转速500r/min),每隔一定时间取2mL样品,经0.45μm滤膜过滤后测定Cr(VI)浓度。

  1.3.2 沉淀污泥中铬的固定化实验

  将一定质量的沉淀污泥与一定比例的矿渣和Ca(OH)2 混合均匀,放入水泥胶砂搅拌机中搅拌均匀,然后加入一定比例的水,充分搅拌后,装入40mm×40mm×160mm三联试模,振实后抹平覆盖一层保鲜膜,放于快速养护箱内,于70℃蒸养24h,拆模后放入恒温恒湿箱内标准养护(温度20℃,湿度95%)28d,然后进行毒性浸出等实验。具体材料配比见表2。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  1.4 浸出实验方法

  硫酸硝酸法毒性浸出方法参照国家标准《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007);毒性浸出程序(toxicitycharacteristicleachingprocedure,TCLP)方法参照USEPA Method1311;半动态浸出实验方法参考美国核协会《用短期试验法测定已固化的低放射性废物的浸出性》(ANSI/ANS16.1-2003)。


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