含铬废水微波还原处理工艺研究

第27卷第3期(总第107期)2008年09月湿法冶金HydrometallurgyofChinaVol.27No.3(Sum.107)Sep.2008含铬废水微波还原处理工艺研究李熠1,张剑2,孙传竹1(1.湘潭大学环境科学与工程系,湖南湘潭411105;2.郑州水利学校,河南郑州450008)摘要:通过试验证实了微波加热还原具有能耗低,反应快,出水可直接达标排放、无需再深度处理的优势。对于初始Cr(Ⅵ)质量浓度为26g/L,pH值为-0.5的废水,通过微波加热处理,可使出水中Cr(Ⅵ)质量浓度降至0.48mg/L。研究结果表明,微波加热可提高反应速率常数,降低反应活化能,但不改变反应动力学。关键词:含铬废水;微波;还原;处理中图分类号:X756文献标识码:A文章编号:100922617(2008)0320173203收稿日期:2007212212作者简介:李熠(1983—),女,土家族,湖南凤凰人,硕士研究生,研究方向为资源综合利用与无害化新工艺。含铬废水中主要含有大量Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ),其中,Cr(Ⅵ)的毒性约为Cr(Ⅲ)的100倍,当Cr(Ⅵ)质量浓度大于200mg/L时,就可导致大部分水生动植物死亡[1],所以含Cr(Ⅵ)废水的处理非常重要。Cr(Ⅵ)的去除通常采用化学还原法[2]、沉淀法[3]、物理膜分离法[4]、吸附法[5]、离子交换法[6]、生物法[7],铁氧体法[8]以及这些方法的联合[9]来实现,但是这些处理方法都普遍存在处理周期长、成本高、引入新的杂质、不利于铬的综合利用、受原水pH值过低或Cr(Ⅵ)初始浓度过高的限制等缺点。某化成箔生产废水中Cr(Ⅵ)质量浓度26g/L,pH值为-0.5,用现有方法处理很难达标。曾有人[10]用一种有机物质MK做还原剂,将Cr(Ⅵ)还原为毒性小的Cr(Ⅲ),得到较纯净的Cr(OH)3沉淀,既净化了含Cr(Ⅵ)废水,又便于铬的进一步回收利用。本研究在此基础上将微波处理与化学还原相结合,明显地提高了反应速率、降低了能耗和处理成本,经过一步处理即可实现出水达标排放,弥补了单独采用化学还原法仍需进行深度处理的缺陷。1试验条件与方法1.1试验条件试验废水为某化成箔生产废水,其组成见表1,pH值为-0.5,温度65℃。表1废水组成g/LCr(Ⅵ)Cr(Ⅲ)HClH2SO4K+Al3+261010025微量18试验所用仪器:厦门分析仪器厂生产的721型分光光度计;株洲华威工业微波设备有限公司生产的HWWB210工业微波炉;江苏常州国华电器有限公司生产的SHA2C恒温振荡器;江苏大地自动化仪器厂生产的DJ1C增力电动搅拌器;上海西域机电系统有限公司生产的L522371便携式红外温度测定仪。试验所用试剂:还原剂MK为自制,其他试剂均为分析纯。1.2试验方法取废水100mL于250mL烧杯中,加入适量还原剂,搅拌后先用电炉加热至65℃左右(使温度与原水相同),再放入微波炉或水浴加热器中加热至反应温度(其中微波加热温度用便携式红外测温仪测定),取出烧杯,一段时间后(由于反应时间不长,烧杯从微波炉取出后,在室温条件下,温度降低很慢,可视为恒温反应),用二苯碳酰二肼分光光度法[11]测定反应前后废水中Cr(Ⅵ)的质量浓度,计算Cr(Ⅵ)还原至Cr(Ⅲ)的转化率。湿法冶金2008年09月2结果与讨论2.1温度对Cr(Ⅵ)转化率的影响分别加热至不同的温度,反应3min,取水样,测定Cr(Ⅵ)质量浓度,计算Cr(Ⅵ)转化率,结果如图1所示。图1加热温度对Cr(Ⅵ)转化率的影响由图1可知,同样温度下,微波加热时,Cr(Ⅵ)的转化率明显高于水浴加热时的Cr(Ⅵ)转化率。水浴加热条件下,Cr(Ⅵ)转化率升高曲线在85℃时有一个折点,而微波加热条件下,此折点为75℃。微波加热条件下反应开始迅速进行时的温度低于水浴加热,也可以说,达到同样的转化率,微波加热所需的温度要低于水浴加热所需的温度。试验所用还原剂为一种多糖物质,在强酸性条件下,它与Cr(Ⅵ)的反应方程式为:n[C6H10O5]+nH2SO4n[C6H11O5]HSO4,(1)n[C6H11O5]HSO4+nH2On[C6H12O6]+nH2SO4,(2)4Cr2O2-7+C6H12O6+32H+8Cr3++6CO2↑+22H2O,(3)其中(1)为酸化反应,(2)为水解反应,(3)为还原反应。用C6H12O6代替MK做还原剂,无论是在微波加热条件下还是在水浴加热条件下,所得的试验结果基本相同,因此可认为,反应的控制步骤为还原反应,微波加热降低了Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)的反应温度,即有机物C6H12O6氧化分解反应的活化能,对反应有催化作用。2.2Cr(Ⅵ)初始质量浓度对Cr(Ⅵ)转化率的影响采用微波加热与水浴加热,在相同的温度下和相同的时间内,所