畢業(yè)論文單質鐵離子交換樹脂聯合處理化學化工實驗室廢水的研究

畢業(yè)論文單質鐵離子交換樹脂聯合處理化學化工實驗室廢水的研究摘要：通過調查、采樣分析化工實驗大樓的實驗室廢水中COD以及鎘、鉻、鋅、銅、鉛等各種金屬離子的污染程度。研究單質鐵、離子交換樹脂聯合處理后的廢水中的COD和重金屬離子的去除情形。結果說明，鐵屑投加量在20g/L—50g/L時期時，COD的去除成效最好,去除率為91.76%。在Fe加入量為35g/L—45g/L之間時，廢水中的COD均達到排放標準。且Fe加入量為35g/L時處理成效最好,去除率為94.26%。即鐵屑的最正確投藥量為35g/L。各重金屬離子的濃度隨著樹脂投加量的增加而降低，當樹脂量達到100g/L以后，出水中的重金屬離子濃度全部達到國家一級排放標準。鑒于節(jié)約處理費用，樹脂的最正確投藥量為當流速在2.0mL/min以內時較好的處理成效,鉛離子濃度<0.1mg/L,銅離子濃度<0.5mg/L,鎘離子濃度<0.01mg/L,鉻離子濃度<0.1mg/L,鋅離子濃度<1mg/L達到國家一級排放標準。因此本實驗處理流速操縱為2.0mL/min，出水中各重金屬離子濃度都能夠達到國家?污水綜合排放標準?GB8978-2002一級標準。關鍵詞:化學實驗室廢水；單質鐵；離子交換Elementaliron,ionexchangeresincombinationofwastewatertreatmentchemicalchemistrylabLiuWeiguo(Watersupplyanddrainage0601,SchoolofEnvironmentalandBiologicalEngineering)Abstract:ThroughtheinvestigationandanalysisofchemicalexperimentofsamplinginlaboratorybuildingwastewaterCODandcadmium,chromium,zinc,copper,lead,etcallkindsofmetalionsandpollutiondegree.Elementalresearch,ionexchangeresinwastewatertreatmentincombinationofCODandheavymetalionsremoval.Resultsshowthattheoptimumdosingquantityin20g/L-50g/L,CODremovalefficiency91.76%forthebesteffect.Feinadditionof35g/L/L45g-betweentheCOD,wastewaterdischargestandardsarereached.Feandto35g/Ltreatmentforthebesteffect,94.26%removal.Thebestmedicineiscastironfor35g/L.Theheavymetalionconcentrationwithresindosingquantityincreases,whentheresincontent,thewaterreaches100gWhenthevelocityin2.0mL/minwithinthetreatmenteffect,whilegoodleadionsconcentration<0.1mg/L,copperionsconcentration0.5<mg/L,cadmiumionsconcentration<0.01mg/L,chromiumionconcentration<0.1mg/L,zincconcentration<1mg/Lreachesthenationallevelemissionstandard.Sotheexperimentaltreatmentfor2.0mL/flowcontrol,theheavywaterminconcentrationcanachievenationalintegratedwastewaterdischargestandardofGB8978-2002levelstandard.Keywords:ChemistrylaboratorywastewaterenvironmentpollutionIonexchange目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 -1-1.1引言 -1-1.2化學實驗室廢水的產生 -1-1.3化學實驗室廢水的組成及含量 -1-1.4化學實驗室廢水的排放標準 -2-1.5化學實驗室廢水的危害 -2-1.6研究的目的及意義 -2-第2章國內外研究現狀 -4-2.1化學實驗室廢水排放的現狀 -4-2.2化學實驗室廢水處理 -4-2.2.1活性炭吸附法 -5-2.2.2絮凝沉淀法 -6-2.2.3硫化物沉淀法 -6-2.2.4高濃度有機廢水處理方法 -6-2.2.5含病原微生物廢水處理 -6-2.2.6可滲透反應墻 -7-2.2.7氧化還原沉淀法 -7-2.2.8綜合處理法 -8-2.3PRB的研究進展 -9-2.3.1PRB的最新進展 -9-2.3.2PRB去除有機物 -9-2.3.3PRB去除重金屬 -10-第3章實驗方案 -11-3.1實驗路線 -11-3.1.1實驗調查 -11-3.1.2原水水樣采集及分析 -11-3.1.3實驗條件的確定 -11-3.2實驗原理 -11-3.3實驗藥品 -15-3.4實驗方法 -16-第四章實驗結果與討論 -18-4.1鐵屑投加量對COD去除率的阻礙 -18-4.2樹脂投加量對重金屬離子去除率的阻礙 -20-4.3流速對重金屬離子去除成效的阻礙 -21-4.2.1對鉛離子的阻礙 -21-4.2.2對銅離子的阻礙 -22-4.2.3對鎘離子濃度的阻礙 -23-4.2.4對鉻離子濃度的阻礙 -23-4.2.5對鋅離子濃度的阻礙 -24-第5章實驗結論 -26-致謝 -27-參考文獻 -28-第1章緒論1.1引言化學實驗室廢水危害專門大,隨著高校的擴招,學生人數的激增及經濟的進展,科研的進行,化學實驗室廢水日益增多,專門多實驗室對廢水不加任何處理就排入下水道,因實驗廢水的成分相當復雜,含有較多的酸、堿、氰化物、六價鉻、砷化物、酚、苯等有毒有害的物質,直截了當排放對人們的生活用水和居住環(huán)境勢必造成污染,查找一種經濟、高效、節(jié)能、環(huán)保,適用的化學實驗室廢水處理工藝差不多刻不容緩[1]。盡快解決高校實驗室環(huán)境污染問題,不僅有利于改善校園和都市的生活環(huán)境,而且有利于實施高校的可連續(xù)進展戰(zhàn)略。通過對此項的研究，能夠降低水體被污染的程度，而且在去除重金屬的過程中還能夠對這些重金屬進行回收，或者直截了當將其轉化為實驗時所能用到的試劑。對技術的研究，能夠達到在去除重金屬過程中減少試劑的使用量和減少不必要的副產物產生的成效。1.2化學實驗室廢水的產生化學實驗室廢水的產生,要緊來自高校化學實驗和科研實驗,實驗廢水量的不確定性、多變性、復雜性是其自身的特點,實驗廢水分為高濃度和低濃度的廢水,高濃度廢水要緊是標簽脫落后的不明潮解試劑,失效的液態(tài)試劑,科研和實驗中的衍生物及副產品[2],劇毒藥品實驗后的洗滌水,高濃度廢水對環(huán)境污染嚴峻,應當引起人們的足夠重視,低濃度廢水要緊是化學實驗器皿的洗滌水,一樣酸、堿、鹽的化學反應產物,低毒的化學廢試液和實驗用水。1.3化學實驗室廢水的組成及含量統(tǒng)計化工大樓本學期實驗開設情形，確定實驗種類及其分類以及各種實驗的具體情形，了解其可產生污染物的種類。通過分析：可估算出廢液中有關組分的含量。鉻，0.2796g/L,0.005376mol/L，銀,1.340g/L,0.01242mol/L汞,1.745g/L,0.008701mol/L。1.4化學實驗室廢水的排放標準依照國家污水綜合排放標準〔GB8978-2002〕第一類污染物最高承諾排放濃度，化學實驗室廢水中中銀、汞、鉻的最高排放濃度分別為：銀為0.5mg/L，汞為0.05mg/L，鉻為1.5mg/L。估量處理后的廢液達到國家污水綜合排放〔GB8978-2002〕第一類污染物最高承諾排放濃度。1.5化學實驗室廢水的危害廢液中有銀、汞、鉻等重金屬離子，其中汞對人體的危害最直截了當而且嚴峻。汞及汞的化合物全部有毒。慢性汞中毒在消化系統(tǒng)表現為一系列的口腔病變及食欲不振、惡心、嘔吐、腹瀉;在神經系統(tǒng)方面,最初表現為一樣的神經衰弱癥侯群,如嗜睡、頭疼、經歷力減退等,重者可發(fā)生多發(fā)性末梢神經炎,在中樞神經系統(tǒng)可造成〝汞中毒腦病〞[3]。此外,慢性汞中毒亦可造成皮膚粘膜及泌尿、生殖系統(tǒng)損害。六十年代日本熊本縣由汞引起過公害污染事件—水俁病事件,即典型的汞中毒案例。目前,還沒有比較好的方法治療這種病。鉻化合物中以六價鉻毒性最強,三價鉻次之,二價鉻和鉻本身的毒性專門小。鉻化合物可通過消化道、呼吸道、皮膚和粘膜進入人體,經消化道進入人體可引起惡心、嘔吐、腹痛,也能引起潰瘍病;經呼吸道進入人體時,第一侵害上呼吸道,引起鼻炎、咽炎、支氣管炎等.據報道,由呼吸道吸入的六價鉻有致癌作用[4]。1.6研究的目的及意義隨著國家提出〝建設環(huán)境友好型社會〞，積極推行〝節(jié)能減排〞政策，水環(huán)境污染和污水治理日益受到社會的關注。目前國家正加大力度對污染源進行調查，力圖摸清各行業(yè)的排污狀況。化學實驗室廢水的水質,水量不穩(wěn)固,間歇性實驗,使得排放的廢水隨時刻變化專門大,使得收集和儲存比較苦惱,應專門成立實驗室廢水處理中心,統(tǒng)一處理廢水。各化學實驗室隨時隨地把實驗廢水儲備起來,貼上標簽,注明日期、廢水的種類、性質、所含成分,是酸性、堿性,依舊含氰含汞、含苯或含酚廢水,及時送到實驗室廢水處理中心[5],中心要及時處理,廢水不宜貯存時刻太久,應就地及時原位處理,中心采納多單元處理流程或有針對性的分類處理,可降低處理廢水的費用,操作也可盡量簡單。廢水處理應分類收集,簡單易操作以廢治廢和降低成本為原那么,我校無機化學教研室老師就曾經把照相館中的洗相廢液收購回來,用化學方法提煉出廢液中的銀,既處理了化學廢水,減少了環(huán)境污染,又變廢為寶,為老師增加了收入,一舉三得。治理廢水污染,大多數人思想上都不夠重視,行動上更難以堅持,只有從上到下增強危機感、緊迫感,真正從思想上認識到愛護環(huán)境的重要性,把環(huán)境愛護工作擺到議事日程上來,下定決心,治理污染源頭[6],才能完全改善環(huán)境,愛護人類的地球。表1-1操縱項目最高承諾排放濃度〔日均值〕單位mg/L序號項目標準值1化學需氧量〔COD〕502總鎘0.013總鉻0.14總鋅1.05總銅0.56總鉛0.1第2章國內外研究現狀2.1化學實驗室廢水排放的現狀總體來講化學實驗室的廢水排放情形復雜，不同工作性質的化學實驗室的廢水中污染物的成分不同。按化學性質可分為有機化學和無機化學二大類[7]？？？？？？。本文僅針對無機化學類實驗室廢水處理的方法進行探討，因為此類實驗室在國土資源行業(yè)有較大的數量，具有較強的針對性。pH值是操縱廢水排放酸堿度的指標，我們在對國土資源、水務等行業(yè)的二個有代表性的無機化學類實驗室廢水排水管口進行了隨機取樣測試，總體測試結果是排放的廢水pH值呈偏酸性，部分時刻段pH測試值呈強酸性，其它污染要緊是廢水中重金屬元素含量超標，如Hg、cr、Pb等有害元素[8]。從時問分布上看，污染程度不同，并有隨機性；從污染物成份上看，種類較多，同時復雜。對比中國?污水綜合排放標準?(GB8978—2002)中的相關要求，從檢測統(tǒng)計數據的情形可見，大多數檢測數據超出排放標準。同時無機化學類實驗室廢水排放有一個最大的特點，它不同于一樣企業(yè)污水的排放有相對穩(wěn)固的排放量和污染物成分含量，而是隨著實驗方法的不同，藥品、試劑的使用種類也隨之變化，其排放量和污染物成分含量就顯得比較復雜，同時在不同的時刻段廢水的pH值變化專門大，隨機性專門強[9]。假如直截了當將工業(yè)化污水處理的模式應用于實驗室廢水的處理，專門難達到理想的廢水處理成效。因此，有必要針對實驗室廢水的特點提出一個有效、有用、節(jié)能的實驗室廢水處理工藝流程和處理裝置，使實驗室廢水的排放達到?污水綜合排放標準?中的相關要求[10]。2.2化學實驗室廢水處理廢水處理方法直截了當決定著廢水的處理成效,如方法選擇不當那么會造成處理成效達不到要求,同時也將會造成龐大的白費。因此在廢水處理方法設計前,應第一進行廢水處理方案論證,從而選擇決定廢水處理方案。第一必須了解廢水的水質情形,不同的化學實驗室廢水,污染物組成不同,處理方法也不相同,要對廢水全面了解,不能想因此進行處理,盲目處理會發(fā)生危險,要采納科學、嚴謹的態(tài)度對廢水進行分析、鑒定?？蛇\用物流分析和實際測定兩種方法[11]。物流分析確實是依照實驗內容來確定實驗廢水性質、組分。分析廢水污染物及要緊特點污染物指標,污染物指標可分析SS、BOD、COD、TOC、PH值、油、NH3-N等,依照廢水水質成分情形來分析可能采納的廢水處理方法。先在實驗室內開展〝小試〞即基礎研究,采納多個方案進行實驗,以便對比各種方法的處理成效,從而確定最好的處理方法。在小試的基礎上,開展模擬或中型試驗研究,選擇出最正確方案,以最小的實驗規(guī)模,能提供工業(yè)化設計數據為準那么[12]。依照試驗結果和水質水量調查結果以及其他基礎資料,我們就可為廢水處理選擇一個較好的方案?，F代的廢水處理技術,按作用原那么一樣可分為物理法、化學法和生物法幾種,那個地點要緊討論廢水的化學處理法,2.2.1活性炭吸附法利用活性炭的吸附作用和還原作用,能夠處理含重金屬離子廢水,如可處理含鉻廢水、含氰廢水、含鎘廢水等。活性炭在凈化含鉻廢水中即作為吸附劑,又可看作是一種化學物質,在酸性條件下,PH<3,活性炭可將吸附在表面的Cr3+還原為Cr3+,反應式是：3C+4CrO2-4+2OH+→3CO2↑+4Cr3++10H2O說明在較低的PH值條件下,活性炭要緊起還愿作用,H+離子濃度越高,還原能力越強,利用此原理,當活性炭吸附鉻達到飽和后,通入酸液,將其吸附的鉻以三價鉻形式解吸下來,以達到再生目的。當Cr6+還原成Cr3+后,用沉淀劑將其沉淀除去。同理,可處理含氰、含鎘廢水?；瘜W實驗室有機廢水含有大量廢溶劑,有機烷、苯、醚、有機酸,也專門適合用活性炭處理,先把廢水中的有機相分離出來,再用活性炭吸附,COD的去除率可達到93%,活性炭吸附法多用于除去物理,化學法不能去除的微量呈溶解狀的有機物,活性炭是目前廢水處理中普遍采納的吸附劑,活性炭的預處理、再生復原性能的工藝比較簡單,裝備制造比較廉價、操作簡單、修理方便,因而獲得了廣泛的應用[13]。2.2.2絮凝沉淀法這類方法適用于含重金屬離子較多的無機實驗室廢水。當確定了廢水的性質后,在探究了各種離子沉降的特性后,選擇合適的絮凝劑(石灰、鐵鹽、鋁鹽等),在弱堿性條件下可形成Mn(OH)、Fe(OH)3,和A1(OH)3,的絮膠狀沉淀,且具有吸附作用,在去除重金屬離子的同時,也能夠除去一部分水中的其它污染物,降低廢水的COD,提高廢水的可生化性[14]。2.2.3硫化物沉淀法此類方法是針對含有汞、鉛、鎘等金屬比較多的實驗室廢水,一樣是用Na2S或NaHS把廢水中的重金屬轉變?yōu)殡y溶于水的金屬硫化物,然后使其與Fe(OH)3共沉淀而分離出去。將廢水的pH值調到8.0～10.0,再向廢水中加入過量的硫化鈉,使其生成硫化物沉淀,再加入FeSO4作為共沉淀劑,生成的FeS將水中懸浮的硫化汞、硫化鉛、硫化鎘微粒吸附而共沉淀,然后靜置,分離過濾[15]。2.2.4高濃度有機廢水處理方法有焚燒法、溶劑萃取法、氧化分解法、水解法以及生物化學處理法等。有機溶劑如醇類、酯類、有機酸、酮及醚等應盡量回收,循環(huán)使用。對含水的低濃度廢液,用與水不相混合的揮發(fā)性的溶劑進行萃取,分離后再焚燒。對形成乳濁液之類的廢液不能用此法處理,要用焚燒法處理[16]。假如量少可把它裝入鐵制或瓷制容器,選擇室外安全的地點燒掉。對難以燃燒的物質,可把它與可燃性物質混合燃燒。但在運作時要專門注意勿使燃燒不完全之毒性物質或燃燒產生之毒氣逸出造成二次污染,燃燒完全與否,視燃燒溫度、燃燒區(qū)域之停留時刻及混合狀況而定[17]。2.2.5含病原微生物廢水處理針對不同的病菌和細菌投放相應的化學藥劑滅活處理后,再采納高溫高壓蒸汽滅菌處理系統(tǒng)消毒處理?；瘜W消毒[18]:一樣采納的化學消毒劑有含氯消毒劑、過氧化物類消毒劑、醛類消毒劑、環(huán)氧乙烷、醇類消毒劑、酚類消毒劑、季銨鹽類消毒劑等;高溫高壓蒸汽滅菌消毒系統(tǒng)要緊由蒸汽發(fā)生器、高壓蒸汽滅菌裝置組成,該方法是對含病原微生物最有效和最可靠的方法,一樣121℃、30min以上99.9%能夠2.2.6可滲透反應墻可滲透反應墻是目前國外研究較多的一種地下水污染的原位處理技術,應用到化學實驗室廢水處理中也專門合適,可滲透反應墻由反應單元和隔水漏斗兩部分組成,其中反應單元用來放置反應介質(鐵屑、沸石及微生物等),當廢水進入反應單元,廢水與介質接觸,被氧化還原、降解或吸附,使通過反應墻的廢水水質得到有效改善,試驗說明,利用泡沫狀或粒狀零價鐵和鋼絲絨為介質,能有效除去廢水中的As3+、Mn2+、Se2+、Zn2+等的污染,用零價鐵、沸石等介質,對COD、BOD的去除率都達到較高水平,且運行及建設費用低,無需占用地面面積,環(huán)境干擾小,國外利用可滲透反應墻技術處理氯代烴及重金屬污染的地下水[19],表現出專門好的處理成效,我們可借鑒此技術處理化學廢水,在物化和生物兩方面結合研究,應該有更好的處理成效。2.2.7氧化還原沉淀法氯是最為普遍使用的氧化劑,要緊用于處理含氰、含酚、含硫化物的廢水,能夠向廢水中直截了當加入氧氣和氫氧化鈉、反應如下：NaCN+2NaOH+Cl2↑→NaCNO+2NaCl+H2O此反應在PH>10的條件下進行得完全而迅速,氧化時刻約0.5-2h,而反應過程中要連續(xù)攪拌,反應生成的氰酸鹽的毒性比氰化物小得多,但為了凈化水質,可將氰酸鹽進一步氧化為二氧化碳和氮,其反應為：2NaCNO+4NaOH+2Cl2↑→2CO2↑+6NaOH+N2↑+H2O完成兩段反應所需總藥劑量為CN：Cl2：NaOH=1：6.8：6.2為使氰化物完全氧化,實際加入8倍的氯。鐵、鋅是應用較多的還原劑,可把廢水中的汞,鎘等置換出來,用鐵屑還原法,含汞廢水自下而上地通過鐵旋屑或刨屑濾床過濾器,汞離子和鐵屑進行的如下反應：Hg2++Fe→Hg↓Fe2+3Hg2++2Fe→3Hg↓+2Fe3+析出的汞從過濾器底部收集。在用鐵屑置換時,廢水的PH值為6-9最好,能使單位質量的鐵屑置換出更多的汞,PH<5時,有氧氣析出,會阻礙鐵屑的有效表面積。PH值為9-11的含汞廢水可用鋅粒還原處理。化學沉淀法是利用各種物質在水中的溶解度不同,對廢水中溶解性污染物沉淀分離處理,廢水中一些金屬離子,如Zn2+、Cr3+、As3+、Pb2+等與石灰作用能形成不溶或微溶于水的沉淀。As2O3+Ca(OH)2→Ca(AsO2)2↓+H2OZn2++20H-→Zn(OH)2↓含鉛離子廢水加入碳酸鹽,生成碳酸鹽沉淀：PbSO4+Na2CO3→PbC03↓+Na2SO4含鉻廢水中加入碳酸鋇,析出鉻酸鋇(鋇鹽法)：BaCO3+H2CrO4→BaCrO4↓+C02+H2O2.2.8綜合處理法當廢水性質不明,可采納實際測定通過試驗來確定。這時一樣采納綜合處理法,第一過濾分離,測定BOD和COD,假設濾液BOD和COD均在要求值以下,可確認廢水可采納物理方法。如BOD和COD高于要求值,那么用化學氧化、焚燒等方法處理,將污染物氧化轉化為無害物,進行沉淀,在常規(guī)靜沉時刻內達到排放標準時,可采納自然沉降法進行預處理,假設達不到排放標準,那么再用混凝沉降,氧化還原等化學法處理,綜上所述,廢水綜合處理法為:廢水→反應池(氧化還原法)→沉淀池(操縱PH值)→排放水在反應池中,以特制鐵粉為載體,鐵粉是一種專門好的還原劑,在弱堿條件下可形成絮膠狀況淀Fe(OH)3,又有吸附作用,即可去除重金屬離子,又可去除廢水中其它污染物,降低廢水中的COD,提高廢水的可生化性[20]。因此也可選擇鐵鹽和鋁鹽兩類金屬鹽類混凝劑及聚合氯化鋁無機高分子混凝劑,有機絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)絮凝成效也不錯。以上幾種處理廢水的方法,原料易得且價廉,操作簡便又易于操縱,是較理想的工藝方法。2.3PRB的研究進展2.3.1PRB的最新進展鑒于地下水污染的嚴峻性,國外學者廣泛開展地下水污染操縱及PRB原位修復技術研究。近10多年來地下水污染的原位修復技術有了專門大的進展,目前,關于地下水污染操縱及PRB原位復原技術[21]能夠分為：①化學沉淀反應格柵[22],介質為沉淀劑(如羥基磷酸鹽、CaCO3等),可使水中的微量金屬產生沉淀。②吸附反應格柵,介質為吸附劑,如沸石、顆?；钚蕴?、鐵的氫氧化物、黏土礦物等。③生物降解反應格柵,介質要緊有兩種,一種是含釋氧化合物(如MgO2,CaO2等固態(tài)過氧化物)的混凝土顆粒,向水中釋氧作為電子受體,使有機污染物產生好氧降解。另一種是含NO-3的混凝土顆粒,向水中開釋NO-3作為電子受體,使有機物在反硝化條件下產生厭氧降解。④氧化還原反應格柵,介質為還原劑,要緊集中于零價鐵、Fe(II)礦物及雙金屬[23]。目前,關于前兩種的研究較少,大部分集中于后兩種的研究。2.3.2PRB地下水受石油烴類有機物污染以其污染普遍而受到各國環(huán)境學者和水文地質學者的關注。利用PRB技術對石油烴污染地下水進行修復,取得了顯著的成效。研究發(fā)覺,鐵粉或鐵粒能夠對石油烴進行還原,且鐵氧化后形成的氧化鐵能吸附石油烴。因此,目前國外正興起一股〝鐵〞研究熱。反應結果使地下水的pH值升高,在厭氧環(huán)境中引起Fe(OH)2和FeCO3沉淀;在富氧環(huán)境中,會形成Fe(OH)3和FeCO3沉淀。生成沉淀關于降低Fe的次生污染十分有益。然而由于沉淀和吸附作用,可能在金屬表面形成一層反應愛護膜,阻礙反應的進一步進行。這一點差不多引起研究人員的注意,并對此進行了改進[24]。1997年12月,在澳大利亞東南部一個企業(yè)發(fā)生了石油溶劑油的泄漏事件,約3000L石油溶劑油滲漏到企業(yè)鄰近的土壤中。被污染的地下水是采納隔水漏斗導水門式滲透反應結構來處理的,要緊的污染物是溶解甲苯、乙苯、二甲苯和C6—C36的烷烴。通過10個月的處理操作后,發(fā)覺隔水漏斗導水門式滲透反應結構處理溶解相石油烴是專門有效的。對單環(huán)芳烴,其處理效率為63%～96%。C6—C9,C10—C14,C15—C28烴類的平均去除效率分別是6912%,7716%,7915%。而最低的去除效率是C29-C36烴的平均去除效率,也達到了54%[25]。2.3.3PRB重金屬是地下水重要的污染物之一,對人體危害較大。在過去十幾年中,地下水中重金屬的去除是研究的熱點,以金屬鐵為反應介質的PRB差不多廣泛應用于去除地下水中的重金屬。在加拿大一個工業(yè)地點,由于儲備硫化物精礦,導致了地下水廣泛的重金屬污染。在污染羽狀體流向上安裝了小規(guī)模的灰泥硫酸鹽還原PRB,使用硫酸鹽還原細菌,以促進以可溶性金屬硫化物形式存在的重金屬沉淀出來。運行21個月后,Cu,Cd,Co,Ni,Zn的質量濃度分別從3630μg/L,1513μg/L,513μg/L,131μg/L和2410μg/L降到1015μg/L,012μg/L,111μg/L,3310μg/L和136μg/L。Schipper等[11]用含有30%(V/V)的鋸屑組成的PRB去除NO32N,濃度由入流的5～16mg/L降到出流的2mg/L以下。Benner等[26]用PRB處理礦山酸性排水,在安裝1a后,在硫酸鹽還原菌的作用下,SO2-4的質量濃度從2400～3800mg/L降到1100～1900mg/L。PRB去除共存的重金屬和有機物地下水中的污染物往往比較復雜,PRB能夠去除共存的重金屬和有機物。如美國北卡羅來納州伊麗莎白城東南5km處受到鉻(VI)和TCE的嚴峻污染,現場土層的鉻(VI)質量比達到14500mg/kg。1996年6月,僅用6h安裝完成了一個長46m,深713m,厚度為016m的連續(xù)地下滲濾墻。該可滲透反應墻采納污染地下水。地下水通過可滲透反應墻后,鉻質量濃度由上游的10mg/L降為0101mg/L,TCE質量濃度由6mg/L降為01005mg/L,低于規(guī)定的最大濃度水平。該系統(tǒng)到現在9年多的時刻內運行狀況良好。該可滲透反應墻建筑成本為50萬美元,與抽水處理系統(tǒng)相當,但幾乎不需要運行費用。據估算,運行20年,能比采納抽水處理系統(tǒng)節(jié)約400萬美元的愛護和運行成本。第3章實驗方案3.1實驗路線3.1.1實驗調查統(tǒng)計化工大樓本學期實驗開設情形，確定實驗種類及其分類以及各種實驗的具體情形，了解其可產生污染物的種類；3.1.2原水水樣采集及分析1、依照對化工大樓的實驗開設情形的調查，確定污水的排水高峰期；2、采集高峰期實驗室廢水水樣；3、對原水水質進行分析：測定原水COD和重金屬離子〔具體離子依照實驗所開設實驗確定〕濃度，3.1.3實驗條件的確定1、以COD和重金屬為目標物，通過實驗確定PRB技術和離子交換法處理實驗室廢水的最正確反應條件。2、將PRB技術和離子交換法聯用對實驗室廢水進行處理。測定出水COD和重金屬離子濃度。〔出水達到國家?污水綜合排放標準?GB8978-2002一級標準〕。3.2實驗原理PRB技術：PRB(permeablychemicalreactivebarrier)即化學可滲透活性柵,是一類原位修復受污染土壤及地下水的新型技術。目前,PRB技術在構造上大致分為兩種:一種為垂直型注入井和垂直型浸提井相結合的結構,另一種為單一的水平型結構。其中,垂直井或水平滲透墻的安裝即填入用來處理污染物的化學活性物質,目前,要緊采納挖———填技術和螺絲鉆孔技術。只是,挖———填技術只局限于在含水量較高、地下水埋深不超過20m的污染現場進行,同時〝污染斑塊〞及其污染擴流不能過大[26]。零價鐵PRB技術,被證明是修復由鹵代烴、鹵代芳烴和有機氯農藥以及一些有毒金屬引起的土壤及地下水污染的有效技術。美國和加拿大已建立了20多處實地試驗,進一步研究實施該技術涉及的各項阻礙因素。離子交換：大多數的重金屬離子都具有專門強的毒性,同時難以被微生物所降解.它們能夠通過食物鏈進入生物體中,能與生物體內生理高分子物質,如蛋白質和酶等發(fā)生作用而使這些生理高分子失去活性,也可能在生物體器官中積存,造成慢性中毒.有研究報道了處理或回收廢水中重金屬的方法.離子交換樹脂法曾一度在我國大中都市的廢水處理行業(yè)中廣泛應用.近年來,大孔型離子交換樹脂的應用,使得離子交換法具有處理容量大,能夠除去各種金屬離子和酸根離子,處理水質好,能夠回用等優(yōu)點.因此,該法越來越受到重視,已成為處理電鍍廢水和回收某些金屬的有效手段之一,也是使某些電鍍廢水達到閉路循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié).COD測定方法：重鉻酸鉀法，1、原理在強酸性溶液中，準確加入過量的重鉻酸鉀標準溶液，加熱回流，將水樣中還原性物質〔要緊是有機物〕氧化，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨標準溶液回滴，依照所消耗的重鉻酸鉀標準溶液量運算水樣化學需氧量。2、儀器2.1500mL全玻璃回流裝置。2.2加熱裝置〔電爐〕。2.350mL酸式滴定管、錐形瓶、移液管、容量瓶等。3、試劑3.1重鉻酸鉀標準溶液〔c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L〕：稱取預先在120度洪干2小時的基準或優(yōu)質純重鉻酸鉀12.258g溶于水中，移入1000mL容量瓶內，稀釋至標線，搖勻。3.2試亞鐵靈指示液：稱取1.485g鄰菲羅啉〔C12H8N2.H2O〕、0.695g硫酸亞鐵〔FeSO4.7H2O〕溶于水中，稀釋至100mL，貯于棕色瓶內。3.3硫酸亞鐵銨標準化溶液[c(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O約等于0.1mol/L]：稱取39.5g硫酸亞鐵銨溶于水中，邊攪拌邊緩慢加入20mL濃硫酸，冷卻后移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至標線，搖勻。臨用前，用重鉻酸鉀標準溶液標定。標定方法：準確吸取10.00mL重鉻酸鉀標準溶液于500mL錐形瓶中，加水稀釋至110mL左右，緩慢加入30mL濃硫酸，混勻。冷卻后，加入3滴試亞鐵靈指示液〔約0.15ml〕，用硫酸亞鐵銨溶液滴定，溶液的顏色由黃色經藍綠色c=〔0.2500·10.00〕/V式中c——硫酸亞鐵銨標準溶液的濃度，mol/L；V——硫酸亞鐵銨標準溶液的用量，ml。3.4硫酸-硫酸銀溶液：于500mL濃硫酸中加入5g硫酸銀。放置1—2天，不時搖動使其溶解。3.5硫酸汞：結晶或粉末。4、測定步驟4.1取20.00mL混合平均的水樣〔或適量水樣稀釋至20.00ml〕置于250mL磨口的回流錐形瓶中，準確加入10.00mL重鉻酸鉀標準溶液及數粒小玻璃珠或沸石，連接搖動錐形瓶使溶液混勻，加熱回流2小時〔自開始沸騰時計時〕。關于化學需氧量高的廢水樣，可先取上述操作所需體積1/10的廢水樣和液顯綠色，再適當減少廢水取樣量，直至溶液不變綠色為止，從而確定廢水樣分析時應取用的體積。稀釋時，所取廢水樣量不得少于5mL，假如化學需氧量專門高，那么廢水樣應多次稀釋。廢水中氯離子含量超過30mg/L時，應先把0.4g硫酸汞加入回流錐形瓶中，再加20.00mL廢水〔或適量廢水稀釋至20.00mL〕，搖勻。4.2冷卻后，用90mL水沖洗冷凝管壁，取下錐形瓶。溶液總體積不得少于140mL，否那么因酸度太大，滴定終點不明顯。4.3溶液再度冷卻后，加3滴試亞鐵靈指示液，用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，溶液的顏色由黃色經藍綠色至紅褐色即為終點，記錄硫酸亞鐵銨標準溶液的用量。4.4測定水樣的同時，取20.00mL重蒸餾水，按同樣操作步驟作空白試驗。記錄滴定空白時硫酸亞鐵銨標準溶液的用量。5運算CODCr〔O2，mg/L〕=〔V0-V1〕×C×8×1000/V式中：c——硫酸亞鐵銨標準溶液的濃度，mol/L；V0——滴定空白時硫酸亞鐵銨標準溶液用量，ml；V1——滴定水樣時硫酸亞鐵銨標準溶液的用量，ml；V——水樣的體積，ml；8——氧〔1/2O〕摩爾質量，g/mol。重金屬離子測定方法：原子發(fā)射光譜法〔AES〕，是利用原子或離子在一定條件下受激而發(fā)射的特點光譜來研究物質化學組成的分析方法。在通常的情形下，原子處于基態(tài)?；鶓B(tài)原子受到激發(fā)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)原子是不穩(wěn)固的，平均壽命為10-10～10-8秒。隨后激發(fā)原子就要躍遷回到低能態(tài)或基態(tài)，同時開釋出余外的能量，假如以輻射的形式開釋能量，該能量確實是開釋光子的能量。因為原子核外電子能量是量子化的，因此相伴電子躍遷而開釋的光子能量就等于電子發(fā)生躍遷的兩能級的能量差，式中h為普朗克常數；c為光速；ν和λ分別為發(fā)射譜線的特點頻率和特點波長。原子發(fā)射光譜的譜線強度I與試樣中被測組分的濃度c成正比。據此能夠進行光譜定量分析。光譜定量分析所依據的差不多關系式是I＝acb，式中b是自吸取系數，α為比例系數。為了補償因實驗條件波動而引起的譜線強度變化，通常用分析線和內標線強度比對元素含量的關系來進行光譜定量分析，稱為內標法。常用的定量分析方法是標準曲線法和標準加入法[27]。3.3實驗藥品表3－1實驗用試劑試劑名稱規(guī)格廠家硫酸銅分析純天津市醫(yī)藥公司硫酸銀分析純天津市大茂化學試劑廠732型陽離子樹脂分析純天津市瑞金特化學藥品硫酸亞鐵分析純天津市本辰驊躍化學試劑廠硫酸亞鐵銨分析純天津市本辰驊躍化學試劑廠酚酞指示劑天津北方天醫(yī)藥化學試劑廠甲基橙指示劑天津北方天醫(yī)藥化學試劑廠硫酸化學純天津醫(yī)藥公司硝酸化學純天津醫(yī)藥公司〔3〕試驗儀器表3－2實驗用儀器儀器設備型號或規(guī)那么生產廠家分析天平TG328A上海翌日平儀器廠酸度計pHS-2上海雷磁儀器廠分光光度計7210上海分析儀器廠水浴鍋MHS上海醫(yī)療器械廠電爐500W量筒50ml,100ml錐形瓶250ml燒杯250ml,500ml，1L移液管0.5ml,1ml,2ml,5ml,10ml玻璃珠冷凝管玻璃棒漏斗〔4〕原水水質表3-3原水水質測量第一次第二次第三次平均PH6.26.46.56.4COD1226137412861295Zn2.17892.00961.85482.0144Cr0.82540.79630.86470.8288Cu1.23201.07231.15341.1526Pb0.85840.92590.91720.9005Cd0.05820.06200.07140.06393.4實驗方法1、確定零價鐵PRB技術處理實驗室廢水的最正確反應條件；取100mL水樣于250mL磨口錐形瓶中，分別編號1，2，3，4，5；稱取鐵屑加入廢水水樣中，攪拌1-2分鐘密封后放入搖床震蕩反應24h。表3-4鐵屑添加量序號12345Fe添加量〔g〕25101520測量反應后水樣cod值，測量3次取平均值。取最正確時期投加量進一步確定最正確投加量。2、確定離子交換去除實驗室廢水重金屬離子的最正確條件；取100mL水樣于250mL磨口錐形瓶中，分別編號1，2，3，4，5；稱取樹脂1g、3g、5g、10g、20g分別加入廢水水樣中，攪拌1-2分鐘放入搖床震蕩反應24h。確定最正確時期樹脂投加量并進一步確定最正確投藥量。3、確定PRB和離子交換聯合處理的最正確條件。取100ml廢水250mL磨口錐形瓶中，分別編號1，2，3，分別加入最正確投藥量鐵屑，攪拌1-2分鐘，搖床震蕩24h，重鉻酸鉀法測量其COD。像剩余廢水按比例加入最正確投藥量的樹脂，攪拌1-2分鐘，搖床震蕩24h，測量其重金屬離子濃度。實驗結果與討論4.1鐵屑投加量對COD去除率的阻礙取100ml廢水250mL磨口錐形瓶中，分別加入0.5g、2g、5g、10g、20g鐵屑，攪拌1-2分鐘，搖床震蕩24h，重鉻酸鉀法測量其COD。重復兩次。實驗數據記錄如下：見表4-1表4-1Fe投加量對COD去除率的阻礙〔1〕廢水量〔mL〕Fe投加量(g)COD100092010009601000.53401000.5260100270100260100580100510010010160100101801002023010020200圖4-1Fe投加量對COD去除率的阻礙如下圖當鐵屑投加量在2g—5g時期時，COD的去除成效最好。取100ml廢水250mL磨口錐形瓶中，分別加入1.5g、2.5g、3.5g、4.5g、5.5g鐵屑，攪拌1表4-2Fe投加量對COD去除率的阻礙〔2〕序號廢水量〔mL〕Fe投加量(g)COD11001.512021001.511031002.58041002.56051003.56561003.54371004.56181004.55791005.566101005.572圖4-2Fe投加量對COD去除率的阻礙(2)如下圖，在Fe加入量為3.5—4.5之間時，廢水中的COD均達到排放標準。且Fe加入量為3.5時處理成效最好。4.2樹脂投加量對重金屬離子去除率的阻礙瓶子實驗：取100mL水樣于250mL磨口錐形瓶中，分別編號1，2，3，4，5；稱取樹脂1g、3g、5g、10g、20g分別加入廢水水樣中，攪拌1-2分鐘放入搖床震蕩反應24h。測量其中鉻，鎘，銅，鋅，鉛的離子濃度。表4-3樹脂投加量對重金屬離子去除率的阻礙序號廢水量〔mL〕樹脂量(g)鉻鎘銅鋅鉛110010.63780.08621.41693.14680.5657210030.31350.05580.87522.00690.2859310050.12650.02570.52381.18360.12184100100.08270.00900.30160.86840.07085100200.02150.00300.22430.82870.0154610010.66370.08311.35143.14570.5968710030.33560.05500.86272.00650.2769810050.14790.02590.53271.18260.12989100100.08280.00880.33230.86450.072110100200.02650.00270.20210.79680.0144圖4-3樹脂投加量對重金屬離子去除率的阻礙如下圖各重金屬離子的濃度隨著樹脂投加量的增加而降低，當樹脂量達到10g以后，出水中的重金屬離子濃度全部達到國家一級排放標準。鑒于節(jié)約處理費用，10g為最正確樹脂投加量。4.3流速對重金屬離子去除成效的阻礙柱子實驗：將樹脂裝入離子交換住中,柱長約20cm.廢水分別以6.2mL·min-1、5.0mL·min-1、3.2mL·min-1、2.0mL·min-1和0.9mL·min-1的流速流過離子交換柱,交換完畢后采集流出液,分別測定流出液中各種重金屬離子的濃度.流速與流出液中各重金屬離子濃度關系.能夠看出,當流速大于2.0mL·min-1時,各重金屬離子的濃度隨著流速的變緩而降低,這是由于流速較快時,相當于在離子交換柱中的交換時刻較短,水中的部分重金屬離子還沒有來得及擴散到樹脂的有效交換位置與樹脂的活動離子發(fā)生離子交換反應,就隨原水流出交換柱,導致流出液中金屬離子濃度較高.當流速在2.0mL·min-1以內時,重金屬離子與樹脂的活動離子充分發(fā)生交換反應,使流出液中重金屬離子濃度趨于穩(wěn)固,且達到了較好的處理成效,因此本實驗處理流速操縱為2.0mL·min-14.2.1對鉛離子的阻礙表4-4流速與流出液中鉛離子濃度的關系序號流速〔mL·min-1〕鉛離子濃度〔mg/L〕16.20.5845250.287933.20.1327420.072150.90.0145依照表4-2得出流速與流出液中鉛離子濃度的關系曲線，如圖4-1所示圖4-4流速與流出液中鉛離子濃度的關系如下圖，當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,鉛離子濃度<0.1mg/L達到國家一級排放標準。4.2.2對銅離子的阻礙表4-5流速與流出液中銅離子濃度的關系序號流速〔mL·min-1〕銅離子濃度〔mg/L〕16.21.3476250.889833.20.5427420.332350.90.2137依照表4-3得出流速與流出液中銅離子濃度的關系曲線，如圖4-2所示圖4-5流速與流出液中銅離子濃度的關系如下圖，當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,銅離子濃度<0.5mg/L達到國家一級排放標準。4.2.3對鎘離子濃度的阻礙表4-6流速與流出液中鎘離子濃度的關系序號流速〔mL·min-1〕鎘離子濃度〔mg/L〕16.20.0827250.054733.20.0268420.008950.90.0028依照表4-4得出流速與流出液中鎘離子濃度的關系曲線，如圖4-3所示圖4-6流速與流出液中鎘離子濃度的關系如下圖，當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,鎘離子濃度<0.01mg/L達到國家一級排放標準。4.2.4對鉻離子濃度的阻礙表4-7流速與流出液中鉻離子濃度的關系序號流速〔mL·min-1〕鉻離子濃度〔mg/L〕16.20.6284250.302733.20.1435420.084650.90.0254依照表4-5得出流速與流出液中鉻離子濃度的關系曲線，如圖4-4所示圖4-7流速與流出液中鉻離子濃度的關系如下圖，當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,鉻離子濃度<0.1mg/L達到國家一級排放標準。4.2.5對鋅離子濃度的阻礙表4-8流速與流出液中鋅離子濃度的關系序號流速〔mL·min-1〕鋅離子濃度〔mg/L〕16.23.1789252.006933.21.183420.868450.90.8189依照表4-6得出流速與流出液中鉛離子濃度的關系曲線，如圖4-5所示圖4-8流速與流出液中鋅離子濃度的關系如下圖，當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,鋅離子濃度<1mg/L達到國家一級排放標準。綜上，本實驗處理流速操縱為2.0mL·min-1，出水中各重金屬離子濃度都能夠達到國家?污水綜合排放標準?GB8978-2002一級標準第5章實驗結論〔1〕鐵屑投加量在20g/L—50g/L時期時，COD的去除成效最好〔2〕在Fe加入量為35g/L—45g/L之間時，廢水中的COD均達到排放標準。且Fe加入量為35g/L時處理成效最好,去除率為94.26%。即鐵屑的最正確〔3〕各重金屬離子的濃度隨著樹脂投加量的增加而降低，當樹脂量達到10g以后，出水中的重金屬離子濃度全部達到國家一級排放標準。鑒于節(jié)約處理費用，樹脂的最正確投藥量為100g/L?！?〕當流速在2.0mL·min-1以內時較好的處理成效,鉛離子濃度<0.1mg/L銅離子濃度<0.5mg/L，鎘離子濃度<0.01mg/L，鉻離子濃度<0.1mg/L，鋅離子濃度<1mg/L，達到國家一級排放標準?！?〕建議對化學實驗室的廢水排放系統(tǒng)進行相應的改造,將實驗器皿的洗滌和實驗殘液的排放與一樣性洗滌用水的排放分為二個排放系統(tǒng),一樣性洗滌用水可直截了當排放,實驗器皿的洗滌水和實驗殘液的排放那么通過管道送到廢水處理裝置進行處理。如此可減少廢水處理裝置的廢水處理量,降低廢水處理裝置的運行成本。致謝通過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文差不多接近尾聲，在那個地點第一要感謝我的導師劉虹。劉老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)論文的每個時期，從查閱資料到實驗方案的確定和修改，中期檢查，后期實驗環(huán)節(jié)，論文的成稿等整個過程中都給予了我盡心的指導。其次還要感謝在實驗中關心我的同學和實驗室的所有老師，假如沒有他們的關心我的實驗專門難在預期的時刻內完成。最后我要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下給水排水專業(yè)的知識基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓舞。此次畢業(yè)論文才會順利完成。感謝環(huán)境與生物工程學院和我的母?！只W院四年來對我的大力栽培。在此答辯之即請承諾我向各位老師誠摯的說聲：〝感謝〞！祝愿你們在今后的生活中軀體健康、工作順利！參考文獻[1]劉有才,鐘宏,劉洪萍.重金屬廢水處理技術研究現狀與進展趨勢[J].廣東化工,2005，4,37～38.[2]孫建