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化學(xué)實(shí)驗(yàn)室重金屬廢水的處理
日期：2025-04-25 10:19
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摘要：
化學(xué)實(shí)驗(yàn)室重金屬廢水的處理
本文分為兩部分。部分提出了一種利用泥土（以及其中的腐殖質(zhì)）還原和吸附鉻的實(shí)驗(yàn)方法，討論了這種方法在實(shí)驗(yàn)室含鉻(VI)廢水的處理中的可行性及可操作性。**部分主要從綜合處理的角度，討論了實(shí)驗(yàn)室中含鉻、汞、鉛等廢水的處理方法，提出一種綜合處理、反復(fù)利用的思路。
關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)室、廢水處理、無機(jī)化學(xué)、環(huán)境保護(hù)
一、導(dǎo)言
在浦口校區(qū)大學(xué)一年級(jí)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，含有重金屬離子及其配合物的廢水是主要的污染物。目前，這些廢水未經(jīng)任何處理即直接排放，對周邊環(huán)境造成了不小的損害。
我們認(rèn)為，在建立一套較為完善的廢水處理系統(tǒng)之前，嘗試以可行性強(qiáng)、操作簡單的化學(xué)方法降低重金屬污染是值得考慮的。對此，主要的思路有兩條，一是降低污染物毒性后排放，二是將金屬回收利用。本文從這兩個(gè)角度出發(fā)，分為兩部分。部分針對鉻這一主要的污染物，嘗試了以含腐殖質(zhì)的泥土還原并吸附鉻(VI)，將其排放形式轉(zhuǎn)變?yōu)榈投镜你t(III)的實(shí)驗(yàn)方法。**部分則論述了具體的實(shí)施方法，希望能盡量減少排放物的污染，或者利用不同實(shí)驗(yàn)的廢料廢水相互作用，創(chuàng)造各種金屬的回收條件。
二、淤泥處理鉻(VI)廢水的實(shí)驗(yàn)方法
泥土中所含的腐殖質(zhì)能將六價(jià)鉻還原為三價(jià)，并與之形成有機(jī)配合物而吸附[1]。為此我們設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)：
目的：驗(yàn)證泥土對含鉻(VI)的廢水中鉻(VI)的去除能力
原理：（可能之原理）在酸性條件下，利用鉻(VI)的氧化性將泥土中的還原性有機(jī)物氧化，使之轉(zhuǎn)化為鉻(III)。鉻(III)又能與泥土中的某些成分絡(luò)合繼而被泥土吸附。終排放的廢水中鉻(VI)含量顯著減少。
原料：淤泥二份（分別取自明湖湖底以及運(yùn)動(dòng)館前水渠），實(shí)驗(yàn)室重鉻酸鉀回收液（約0.016M），硫酸及氫氧化鈉溶液。
儀器：722型分光光度計(jì)，實(shí)驗(yàn)室常用無機(jī)玻璃儀器
步驟：
- 淤泥在90℃下烘干4小時(shí)備用。
- 把重鉻酸鉀回收液稀釋50倍左右備用。此時(shí)重鉻酸鉀濃度約為0.094mg/L。
- 取100mL稀釋液，置于250mL錐形瓶中，并用硫酸調(diào)整pH值至1左右。在不同的條件下還原吸附稀釋液中的鉻(VI)，然后分析溶液中剩余的鉻(VI)的含量。
- 分析方法：濾出還原吸附后的溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至8左右，過濾除去沉淀，然后以分光光度法，在366nm波長處測定鉻(VI)的含量。處理?xiàng)l件及測定結(jié)果見下表。
表 1 明湖淤泥處理效果
條件 | 吸光度 | 去除率 |
2g/0.5h | 1.287 | 12.3% |
2g/1.0h | 1.236 | 15.7% |
2g/2.0h | 1.216 | 17.1% |
8g/2.0h | 0.098 | 93.3% |
原始液(~36mg/L) | 1.467 |
表 2 效果對比
條件 | 吸光度 | 去除率 |
2g(1) | 1.284 | 13.2% |
4g(1) | 0.980 | 33.8% |
4g(2) | 1.200 | 18.9% |
8g(1) | 0.050 | 96.6% |
8g(2) | 0.049 | 96.7% |
原始液(~36mg/L) | 1.480 |
標(biāo)注(1)的樣品取自水渠，標(biāo)注(2)的樣品取自明湖。處理時(shí)間均為1小時(shí)。
結(jié)果顯示：
1、泥土對鉻(VI)確有去除作用，但對其去除鉻(VI)的具體機(jī)理尚不清楚，我們認(rèn)為可能的機(jī)理是泥土中的還原性物質(zhì)（可能主要是腐殖質(zhì)）在酸性條件下還原了鉻(VI)，同時(shí)泥土中另一些物質(zhì)（可能是有機(jī)物）與鉻(III)形成了易被吸附的配合物。
2、 就相同的淤泥來說，處理時(shí)間的不同將導(dǎo)致結(jié)果的差異，但時(shí)間的影響并不十分顯著。
3、不同來源的泥土在相同條件下處理的結(jié)果存在差異。從水渠中取得的淤泥處理效果稍好。從淤泥形成的環(huán)境來看，該樣品（取自蘆葦叢底部，有較多有機(jī)物沉積）腐殖質(zhì)含量較高，還原能力較強(qiáng)。
4、泥土的質(zhì)量并不與鉻(VI)的去除率呈線性關(guān)系，但可以觀察到的是，泥土的用量對處理效果有決定性影響。用量越大，其對鉻(VI)的去除率也就顯著升高。
5、在泥土過量(8g)的情況下，兩種樣品均能取得令人滿意的去除率?？梢姡摲椒▽δ嗤恋囊蟛⒉粫?huì)太高，從而具有較強(qiáng)的可行性。
特別的是，我們嘗試以10克泥土直接處理50毫升未經(jīng)稀釋（0.016M）的廢水，以目測（濃度太高無法分光）判斷，至少去除了50%。據(jù)此推測，可能存在這樣一個(gè)平衡，即去除的鉻(VI)的量與原始廢水濃度正相關(guān)。
6、我們曾對處理后的廢水進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，除鉻(VI)幾乎被除盡外，水中鉻(III)含量也很少，我們推測，剩余的鉻進(jìn)入了泥土中。
三、實(shí)驗(yàn)室廢水處理過程
1、 排放
排放是一種較為方便的處理方式。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，設(shè)備以及條件要求不高，故經(jīng)濟(jì)性較好。相應(yīng)的缺點(diǎn)在于，雖然可以很大程度上減少污染，但無法完全消除。
以鉻(VI)為例，前一部分已經(jīng)說明淤泥處理重鉻酸鉀污染的可行性。據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，浦口校區(qū)大一實(shí)驗(yàn)共計(jì)600人左右，使用后排放的洗液以及滴定劑共含有2~2.5千克重鉻酸鉀。按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，8克泥土可以處理含約10~20毫克重鉻酸鉀的廢水，一年的泥土需求量將在2~2.5噸（約1~2立方米）之間。為此，可以建設(shè)小規(guī)模的處理池，首先收集重鉻酸鉀廢液，貯于池中，再投入足量的淤泥（由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，為保證效果，且鑒于淤泥易于獲得，應(yīng)予過量投放）。加入適量硫酸酸化，再放置一定時(shí)間（由于一學(xué)年的廢水可以同時(shí)處理，故處理時(shí)間十分充裕，可以在長期放置的情況下使之完全反應(yīng)）。
基于另一實(shí)驗(yàn)事實(shí)，即處理效果與初始濃度正相關(guān)，鉻濃度越高，相同質(zhì)量的淤泥對其處理效果就相對越好。為此，我們在實(shí)際處理中可以不對廢水進(jìn)行如實(shí)驗(yàn)般的稀釋，而可以采取多級(jí)處理的方案，逐步降低廢水中鉻濃度，以取得更佳的效果。
關(guān)于使用硫酸可能造成成本過高的問題，我們認(rèn)為，由于鉻(VI)在酸性條件下方顯強(qiáng)氧化性，故任何以化學(xué)處理（還原方式）為主的處理方法都有一定的耗酸量，所以這方面的成本是難以避免的。
另一相關(guān)問題在于此法實(shí)施以后產(chǎn)生的含鉻泥土如何處理。此種泥土含有較多的鉻。大部分鉻(VI)已被還原，故毒性已大大降低，污泥的總量大概二至三噸。由于其為固體形態(tài)，量又不大，便于集中和運(yùn)輸，可以直接交由南京的專業(yè)污染物處理點(diǎn)進(jìn)一步處理。
2、 回收
以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，較簡便的金屬回收方法是將金屬離子以氫氧化物的形式沉淀分離。這就要求與上述淤泥處理完全不同的方法。
首先考察各種金屬離子的排放形式：鉻（重鉻酸鉀，硫酸鉻）；汞（氯化汞，氯化亞汞）；鉛（EDTA合鉛(II)）；銅（EDTA合銅，硫酸銅），等等。其中，氯化汞和硫酸鉻屬于共同排放。
通過計(jì)算得知，每年實(shí)驗(yàn)中排放氯化汞（重鉻酸鉀法測鐵）約0.5千克，排放鉛離子（錫青銅中鉛錫的測定）1~2千克，數(shù)量也相當(dāng)可觀。
總體的處理思路是，對于高價(jià)陰離子，先將其還原為低價(jià)陽離子；而對EDTA配離子則可先行置換。為此我們考慮以硫酸亞鐵胺為還原劑——在大一上期的化學(xué)制備實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生了大量的硫酸亞鐵胺。由于純度的原因用途十分有限。因此可以用來還原重鉻酸鉀。還原后的溶液中含有鐵(III)及鉻(III)離子。從它們氫氧化物的溶度積可以知道，鐵(III)及鉻(III)離子的沉淀?xiàng)l件分別是PH=3~4以及PH=8~9，因此可以使用廉價(jià)的石灰調(diào)整PH值，先將高鐵沉淀分離（待作他用），再將鉻(III)沉淀回收。
由此產(chǎn)生的氫氧化鐵以鹽酸溶解后，可以用于置換EDTA合鉛、銅中的鉛和銅。這里，EDTA合鐵(III)的穩(wěn)定常數(shù)是EDTA金屬配合物里的，所以置換可以完成。而且由于鐵本身的毒性極小，幾乎不造成污染，故EDTA合鐵可以直接排放。而置換出的鉛、銅同樣以沉淀的形式回收。
至于硫酸銅、氯化汞、硫酸鉻，都具備直接沉淀的條件，不再贅述。
回收的各種金屬可以再度利用。
總的來說，沉淀回收法的原理較為簡單，可操作性也很強(qiáng)，對污染的消除效果相當(dāng)不錯(cuò)。成本雖然較排放法為高，但考慮到金屬的回收再利用，以及消除環(huán)境污染的具體效果，這些支出還是可以接受的。
3、 處理以外的一些要求
為達(dá)到降低以及消除污染的目的，首先必須將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的各種金屬離子盡量分類集中。這個(gè)工作比較繁。我們認(rèn)為，可以在實(shí)驗(yàn)室建立一套相應(yīng)的制度，例如：要求同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)過程中自覺將各種廢水分類集中，將工作量分?jǐn)?，就成為一件易于辦到的事。而與之對應(yīng)的，需要實(shí)驗(yàn)室提供收集、貯存各種廢水的容器和場所。每學(xué)期或者學(xué)年結(jié)束后，可以開展學(xué)生實(shí)踐，由學(xué)生處理本學(xué)期或?qū)W年收集的廢水，教學(xué)和實(shí)踐、探索相結(jié)合。減少污染，保護(hù)環(huán)境，需要老師和同學(xué)共同努力。
四、結(jié)語
本文對重金屬廢水的處理提出了一些建議和思路。雖然這些方法在理論上是基本可行的，但具體實(shí)施起來可能還有我們沒有考慮到的問題或困難，還須多作探討。廢水處理是一個(gè)復(fù)雜的問題，方法還要在實(shí)踐中不斷完善。
