電鍍廢水中Cr6+管式微濾膜處理的方法？

    Cr6+易被人體吸收并蓄積在體內(nèi)，有致癌作用，其主要來源于采礦、冶金、電鍍等工業(yè)排放的廢水和固體垃圾填埋場(chǎng)的濾液中，屬于生物難降解類型，一旦進(jìn)入水體、土壤環(huán)境中，就很難被去除〔1〕。因此， Cr6+被列入一類水環(huán)境污染物，是重點(diǎn)防治對(duì)象。

    膨潤土是以蒙脫石為主要成分的黏土礦物，具有大的比表面積、良好的陽離子交換能力和吸附能力，且價(jià)格低廉〔2〕，可用于對(duì)Cr6+的吸附處理〔3, 4, 5, 6〕。筆者以膨潤土為原料制備了鋁柱撐改性膨潤土，研究了原土、鋁柱撐改性膨潤土對(duì)電鍍廢水中Cr6+的吸附作用，為含鉻工業(yè)廢水的處理提供參考。

1 材料與方法 1.1 原料 

實(shí)驗(yàn)所用原土為江西省廣豐縣廣豐晶輝有限公司生產(chǎn)的商用膨潤土原土，經(jīng)研磨過75 μm 篩，外觀呈白紅色，有明顯的滑膩感，其陽離子交換容量為 0.615 mmol/g，膨脹容為12.9 mL/g，膠質(zhì)價(jià)為43.3 mL/g，吸藍(lán)量0.327 g/g。

實(shí)驗(yàn)所用電鍍廢水來自江西撫州市某電鍍有限公司，其pH=2.15，總Cr 42.3 mg/L，Cr6+ 25.1 mg/L。

1.2 試劑與儀器 

試劑：六偏磷酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、碳酸鈉、AlCl3·6H2O、硫酸、冰乙酸、亞甲基藍(lán)、丙酮、二苯碳酰二肼，以上均為分析純。

儀器：EMS-3A 型加熱定時(shí)磁力攪拌器，天津歐諾儀器儀表有限公司；JJ-1 型精密調(diào)速定時(shí)電動(dòng)攪拌機(jī)，江蘇金壇榮華儀器有限公司；101-2 型數(shù)顯恒溫干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠；Gl-21m 型高速離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇榮華儀器有限公司；721 型分光光度計(jì)，上海精密儀器廠；AG-135 型分析天平，瑞士梅特勒-特立多公司。

1.3 鋁柱撐改性膨潤土的制備 

先將AlCl3·6H2O 配成0.2 mol/L 的AlCl3 溶液，置于恒溫水浴鍋中不斷攪拌，控制溫度為80 ℃，然后將0.4 mol/L 的氫氧化鈉以約1 mL/min 的速度滴加到AlCl3 溶液中，控制n（OH-）∶n（Al3+）=2.4，完成滴加后繼續(xù)攪拌2 h，然后于室溫下老化96 h，得Al 柱化劑。

取一定量膨潤土制成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土料漿，然后在加熱條件下攪拌，將一定量的Al 柱化劑以1 mL/min 的速度滴加到黏土料漿中，用H2SO4 或 NaOH 調(diào)節(jié)pH，繼續(xù)攪拌一定時(shí)間，然后傾倒入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，置于干燥箱內(nèi)，設(shè)定溫度為90 ℃，分別老化48、72、96 h，然后于高速離心機(jī)上離心分離，得到柱撐產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌至不含Cl-，于70 ℃下烘干并研磨過75 μm 篩，得鋁柱撐改性膨潤土（簡(jiǎn)稱改性膨潤土）。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法 

室溫下，取100 mL 實(shí)驗(yàn)用電鍍廢水置于燒杯中，用H2SO4 或NaOH 調(diào)節(jié)廢水pH 后，加入一定量的膨潤土原土或改性膨潤土，開啟磁力攪拌器，震蕩吸附一定時(shí)間后，經(jīng)離心機(jī)分離，取上清液測(cè)定溶液中Cr6+的濃度。Cr6+的濃度按照《水質(zhì)六價(jià)鉻的測(cè)定二苯碳酰二肼分光光度法》（GB 7467—1987）中的方法測(cè)定，并通過實(shí)驗(yàn)前后溶液中Cr6+濃度的變化計(jì)算Cr6+的去除率。

2 結(jié)果與討論 2.1 pH 對(duì)Cr6+去除率的影響 

取2 份100 mL 的電鍍廢水，分別加入3.5 g 膨潤土原土和改性膨潤土，震蕩時(shí)間為20 min，改變廢水pH 分別為2、3、4、5、6、7、8、9，考察廢水pH 對(duì)膨潤土原土及改性膨潤土吸附Cr6+的影響。

  pH 對(duì)Cr6+去除率的影響 

由圖 1 可知，在不同pH 條件下，改性膨潤土對(duì)廢水溶液中Cr6+的去除率明顯優(yōu)于膨潤土原土，并隨著pH 的增大而增大。當(dāng)pH=4 時(shí)，改性膨潤土對(duì) Cr6+的去除率最高，達(dá)到71.2%，此后當(dāng)pH 繼續(xù)增大去除率則減小。這主要是因?yàn)樵谒嵝越橘|(zhì)中，Cr6+主要以Cr2O72-或Cr2O42-形式存在，而且膨潤土在酸性條件下凝聚性強(qiáng)，吸附后易絮凝沉降分離； 在強(qiáng)酸中，溶液中H+濃度過大，占去膨潤土表面吸附位，使改性膨潤土的吸附能力受到了限制，Cr6+的去除率不是很高，隨著pH 的增加，膨潤土端面離解出更多 OH-，使表面上的正電荷密集，利于吸附；但當(dāng)pH 繼續(xù)增加，溶液中OH-濃度過大，占去膨潤土表面吸附位，結(jié)果對(duì)Cr6+去除能力下降，且膨潤土在堿性條件下絮凝性下降，造成分離困難。

2.2 吸附時(shí)間對(duì)Cr6+去除率的影響 

固定廢水pH=4，100 mL 電鍍廢水中加入3.5 g 改性膨潤土，選擇吸附時(shí)間分別為5、10、20、30、 40 min，考察吸附時(shí)間對(duì)電鍍廢水中Cr6+去除率的影響。

  吸附時(shí)間對(duì)Cr6+去除率的影響  

表明，在吸附初始階段，隨著吸附時(shí)間的增加，改性膨潤土對(duì)廢水中Cr6+的吸附容量顯著增大，對(duì)Cr6+最大去除率為71%，40 min 后基本達(dá)到吸附平衡，增加吸附時(shí)間Cr6+去除率并沒有提高。而膨潤土原土對(duì)廢水中Cr6+的去除效果并不顯著，去除率始終維持在10%左右。

2.3 膨潤土投加量對(duì)Cr6+去除率的影響 

室溫條件下，固定pH=4，吸附時(shí)間為40 min，考察吸附劑的投加量對(duì)電鍍廢水中Cr6+去除率的影響。

  膨潤土投加量對(duì)Cr6+去除率的影響  

 可以看出，開始時(shí)隨著投加量的增加，改性膨潤土與原土對(duì)電鍍廢水中Cr6+的去除率均有明顯提高，在相同的投加量下，改性膨潤土對(duì) Cr6+的去除率要明顯優(yōu)于原土。當(dāng)投加質(zhì)量濃度達(dá)到40 g/L 時(shí)，改性膨潤土對(duì)Cr6+的去除率可達(dá)到 86.1%；超過40 g/L，去除率增加不明顯。原土在投加質(zhì)量濃度10 g/L 時(shí)達(dá)到最大，但對(duì)Cr6+的去除率不到20%。

2.4 改性膨潤土對(duì)Cr6+的吸附等溫線 

室溫條件下，固定pH=4，改性膨潤土投加質(zhì)量濃度為40 g/L，振蕩吸附時(shí)間40 min，調(diào)整電鍍廢水中Cr6+的初始濃度，測(cè)試吸附平衡時(shí)溶液中Cr6+的殘留濃度，繪制吸附等溫線。

改性膨潤土對(duì)Cr6+的吸附等溫

利用線性回歸法得到的吸附等溫方程為：1/qe= 1.264/Ce+0.626，r=0.997，可以看出改性膨潤土對(duì)Cr6+ 的吸附符合Langmuir 吸附等溫方程，由此計(jì)算得出改性膨潤土對(duì)Cr6+的飽和吸附量為1.60 mg/g。

3 結(jié)論 

（1）鋁柱撐改性膨潤土對(duì)電鍍廢水中Cr6+的去除率明顯優(yōu)于膨潤土原土。廢水的pH、吸附時(shí)間和膨潤土投加量對(duì)Cr6+的去除率影響較大。

（2）不同pH 條件下，鋁柱撐改性膨潤土對(duì)Cr6+的去除率隨著pH 的增大而增大，當(dāng)pH=4 時(shí)，去除率最高，達(dá)到71.2%，此后當(dāng)pH 繼續(xù)增大去除率則減小。

（3）室溫下，固定pH=4，鋁柱撐改性膨潤土投加質(zhì)量濃度為35 g/L，隨著吸附時(shí)間的增加，鋁柱撐改性膨潤土對(duì)廢水中Cr6+的吸附容量顯著增大，對(duì)Cr6+ 最大去除率為71%，40 min 后基本達(dá)到吸附平衡。

（4）室溫下，固定pH=4，吸附時(shí)間為40 min，鋁柱撐改性膨潤土對(duì)電鍍廢水中Cr6+去除率隨著投加量的增加有明顯的增大，投加質(zhì)量濃度達(dá)到40 g/L時(shí)，鋁柱撐改性膨潤土對(duì)Cr6+的去除率達(dá)到最大，為 86.1%。

（5）吸附等溫線實(shí)驗(yàn)表明，鋁柱撐改性膨潤土對(duì)電鍍廢水中Cr6+的吸附等溫線符合Langmuir 吸附等溫方程，飽和吸附量為1.60 mg/g。

    傳統(tǒng)工藝與管式微濾膜工藝相結(jié)合是目前處理電鍍廢水中Cr6+的最佳辦法之一，首先利用化學(xué)沉淀與混凝工藝，將Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr3+，并形成Cr3+沉淀，再經(jīng)管式微濾膜進(jìn)行固液分離，成功去除Cr沉淀，廢水可回用至生產(chǎn)線，若想達(dá)到純水水質(zhì)，只需在管式微濾膜系統(tǒng)后添加反滲透系統(tǒng)，無需保安過濾器，水質(zhì)即可達(dá)標(biāo)。