武汉科技大学硕士学位论文：含铬废水治理技术的研究

武汉科技大学硕士学位论文：含铬废水治理技术的研究

武汉科技大学硕士学位论文 第1页 摘要 铬及其化合物在工业生产中应用十分广泛，产生大量的含铬废水。含铬废水排放后随雨水下渗，严重污染周边土壤、河流及地下水源。含铬废水中的铬主要以六价铬和三价铬两种形态存在，其中六价铬毒性最大，三价铬次之。因此，迫切需要研究一种简便、有效、经济的含铬废渣废水处理方法。含铬废水处理技术种类繁多，试验采用还原沉淀法处理某钢集团冷轧含铬废水，探究反应pH值、还原剂加入量、反应时间及三价铬沉淀对处理效果的影响。通过正交试验考察各影响因素间的相互作用，并利用试验产生的含铬污泥，研究含铬污泥制备铬绿的条件。试验结果表明：以亚硫酸氢钠为还原剂，反应pH值为3，投加量为0.7994∥L，反应时间为15min，三价铬沉淀pH值为8，色度、浊度、六价铬、总铬的去除率分别为98.5%、91.32%、99.27%、95.43%。处理后的污泥在8401℃下反应1.0h时，氢氧化铬发生分解，三氧化铬含量达94.68%。关键词：含铬废水;还原沉淀法;铬绿 第１Ｉ页 武汉科技大学硕士学位论文 摘要 含铬废水多数情况下要进行处理，以后会产生灰色废水，含铬废水应及时处理，废水中铬的存在形式主要有Cr(VI)和Cr(III)。在铬的化合物中，Cr（VO）具有最强的毒性，其次是Cr（111）。因此，一种简单有效而又经济的方法来紧急处理水体。含铬废水的处理方法有很多种，根据硅钢铂铁钢等系列钢种含铬废水的性质，采用还原-沉淀法处理含铬废水，探讨了还原-沉淀法在反应体系中还原、反应及三价铬沉淀条件对废水中铬含量的影响。采用正交试验研究了不同因素间的相互作用，并对含铬污泥进行了综合利用。 n，研究了含铬污泥生产 Cr203 的条件，结果表明，以亚硫酸氢钠为药剂，在 pH 为 3、药剂投加量为 0.7994 g/L、反应时间为 15 min 条件下，铬、浊度、铬、总铬的去除率分别为 98.5%、91.32%、99.27%、95.43%。反应时间内,氢氧化铬已生成,米洛绿含量达94 ．68％. 关键词:废水节水导入化学物质;还原-处方法;微电网创新 武汉科技大学研究生学位论文声明 我郑重声明:所提交的论文是本人在导师指导下独立研究的成果。

除引用内容或合作研究完成的工作外，本文不包含任何其他个人或团体已发表或撰写的作品或成果。对本文研究做出重要贡献的个人和团体已在文中明确标注。如申请论文及材料存在任何不准确之处，本人承担所有相关责任。 论文作者签名： 类型 研究生论文 版权授权 本论文研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其他单位名义发表。 本人充分了解武汉科技大学关于学位论文留存及使用的规定，同意学校将学位论文留存并向有关部门发送复印件及电子版（按照《武汉科技大学关于收集研究生学位论文的规定》），允许查阅、借阅，同意学校将本论文内容全部或部分收录于相关数据库以供检索。论文作者签名： ． 朱宇： 丝绸 指导老师签名： 鍪． 日期： 武汉科技大学硕士学位论文 第1页 第1章 引言 1.1 研究背景与意义 近年来由于工业生产的迅速发展，铬及其化合物被广泛应用于工业生产的各个领域，是冶金工业、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药、照相制版等行业不可缺少的原料。含铬废水主要来自机械、航空仪表、电器和医疗器械制造行业的电镀厂和车间，生产铬酸盐和三氧化铬的工厂；三价铬废水主要来自皮革厂的铬鞣车间、染料厂的还原口、制药厂和香料厂的对硝基苯甲酸车间等。

在铬及其化合物中，六价铬毒性最大，其次是三价铬，二价铬和铬本身毒性很低或无毒。含铬废渣、废水排放后，通过水体、土壤，特别是通过食物链富集、转移，对人类和动植物造成严重的危害。铬化合物可经消化道、呼吸道、皮肤黏膜侵入机体，引起恶心、呕吐、鼻炎、喉炎、皮炎、湿疹等，长期作用下可引起贫血、肺气肿、支气管扩张等疾病，严重影响和危害人类和整个自然界。铬已成为一种主要的环境污染物。我国规定地表水中铬的最高允许浓度为三价铬0.5mg/L、六价铬0.1mg/L，饮用水中六价铬的最高允许浓度为0.05mg/L。因此，研究一种简便有效、经济的含六价铬废渣废水处理方法迫在眉睫。含铬废水处理技术种类繁多，各有优缺点。经过多年的研究，国内外主要采用化学法处理含铬废水。还原沉淀法作为化学法的一种，处理含铬废水，主要是将废水中毒性较大的六价铬在还原剂作用下转化为毒性较小的三价铬，然后沉淀去除，达到处理含铬废水的目的。沉淀后的含铬污泥铬浓度极高，有很好的回收利用价值。1.2课题内容还原沉淀法可用于处理镀铬、钝化、酸洗、铬酸阳极氧化等各种含铬废水，具有适应性强、处理效果稳定、处理后水质易达标排放标准等优点。

还原沉淀法处理含铬废水主要是在溶液中加入还原剂，利用还原力将含铬废水中的六价铬还原为三价铬，然后调节溶液的pH值，使三价铬在适当的条件下沉淀去除，达到处理含铬废水的目的。处理后水中基本没有加入其他污染物，更有利于处理后水的回用。本研究以某钢铁集团冷轧含铬废水为对象，通过化学氧化还原、还原沉淀等方法去除或降低废水的六价铬、总铬、浊度、色度，并对沉淀后的含铬污泥进行资源化利用研究。主要实验内容包括：（1）根据含铬废水的性质，采用还原沉淀工艺对含铬废水进行实验研究，通过比较不同还原剂在其适宜条件下的处理效果，确定合适的还原剂。（2）通过研究pH值、试剂用量、反应时间及三价铬沉淀等因素，确定适宜的条件。（3）通过正交实验探究各影响因素之间的交互作用。第2页武汉科技大学硕士学位论文（4）利用实验产生的含铬污泥，研究含铬污泥制备铬绿（Cr：03）染料过程中的影响因素：反应温度、反应时间。武汉科技大学硕士学位论文第3页第二章文献综述2.1含铬废水处理方法的现状随着工业的发展和人民生活水平的提高，人类对生存环境的关注度越来越高，铬污染是环境污染的重要因素之一，在电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业，含铬废水的排放量日益增加。

至于电镀废水，我国约有电镀厂1万家，每天排放的废水达40亿吨。如何有效处理含铬废水是当今环境保护的重要研究课题。目前，国内外对含铬废水的处理主要有：物理法、物化法、化学法和生物法。2.2处理含铬废水的物理法目前，处理冷轧含铬废水的物理法主要有：活性炭吸附法、改性粉煤灰法、离子交换树脂及螯合树脂法和反渗透法，其中以活性炭法应用最多。2.2.1活性炭法活性炭处理含铬废水主要利用其吸附还原作用，在不同pH值下，活性炭对六价铬均有良好的吸附还原效果。但活性炭的再生比较麻烦，再生方法和工艺流程有待进一步完善。活性炭去除六价铬的机理目前仍在探讨中。（1）pH值为3.4时作用原理活性炭表面存在大量羟基（·OH）等含氧基团，因此活性炭并非单纯的游离碳，还含有含碳量高、分子量大的有机分子聚集体。当pH值为3.4时，由于含氧基团的存在（以CxO或CxO2为符号表示含氧基团起吸附作用），其吸附方程可表示为： H2O = H+OH' （2.1） Ｃo｝Ｈ２０ = Ｃｘ２＋＋２０Ｈ。 （2.2） Ｃo｝Ｈ２０ = Ｃｘ２＋＋２０Ｈ。 （2.3） Ｃo｝Ｈ２０＋ＨＣr０４－＝ＣｘＯＨ０３Ｃr＋＋２０Ｈ。 （2.4） Ｃｘ０２＋Ｈ２０＋ＨＣr０４－＝Ｃｘ０２Ｈ０３Ｃr＋＋２０Ｈ。 （2.5） 这样，六价铬就吸附在活性炭上。

随着pH值的升高，水溶液中·OH的浓度增大，由于含氧基团对OH'的亲和力大于对.的亲和力，所以当pH值大于6时，活性炭表面的吸附位置被OH'夺走，活性炭对六价铬的吸附能力下降，甚至停止吸附。利用这一规律可以用碱来再生活性炭。当pH值降低时，活性炭吸附六价铬的功能又恢复。（2）pH值小于3时的工作原理此时六价铬主要被还原为三价铬。反应方程式为： 3C+"+16H+=3CO2T+4Cr3+8H2O (2.6) 根据以上机理，结合平衡移动原理，可以解释活性炭处理含铬废水过程中出现的一些现象，如随着处理水量的增加，出水pH值会不断上升，出水中六价铬含量会逐渐升高；用碱性溶液解吸时，吸附水中含有六价铬；用酸性溶液解吸时，吸附水中含有三价铬。 第4页 武汉科技大学硕士论文 根据酸再生后留在塔内的活性炭 含铬废水具有含有大量氢离子的特性，用含铬废水代替清水进行反冲洗，这样就不需要再进行单纯的清水反冲洗过程改为对含铬废水进行还原处理工艺，以三价铬形式排放或加碱回收Cr(OH)3。随着还原过程的进行，塔内氢离子浓度降低，pH值较高，含铬废水处理工艺由还原型转变为吸附型[21。实践证明，采用吸附/还原联合处理后，含铬废水完全可以达到国家排放标准，吸附过程排放水可回收再利用。工艺流程见图2.1。

图 2.1 含铬废水吸附还原联合处理工艺吴克明等[3]采用反应柱填充活性炭法处理含铬废水，通过静态和动态试验研究，取得了较为理想的结果，六价铬去除率达到 98%，出水水质达到国家工业废水排放标准。动态试验流程如图 2.2 所示。图 2.2 动态试验流程简图近年来，国内外学者开始对一些天然吸附剂，如褐煤、玉米芯、椰子壳、棕榈纤维、塘沟污泥中的腐殖酸等进行研究。刘翠霞等[4]以龙口褐煤为吸附剂和还原剂净化含铬废水，处理后的废水可直接排放或循环使用。吸附饱和后，用稀酸解吸再生褐煤，解吸物为三价铬，毒性低，加碱沉淀后可回收有用的Cr(OH)3，褐煤仍不损失其能源价值。