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基于零价铁的技术去除含铬废水的基础研究

谢丽萍  
【摘要】:重金属污染现已成为环境领域的热点和难点问题,重金属废水的排放已经给人类的生存环境和人体的健康造成了严重的威胁。其中铬广泛应用于制革、纺织品生产、颜料、印染以及镀铬等行业中,是普遍存在的重金属污染物。零价铁(zero-valent iron,ZVI,Fe0)作为还原剂对重金属污染的还原去除近年来日益受到关注。但Fe0去除重金属污染过程中,铁容易被氧化,且随着时间的推移,Fe0表面会产生腐蚀产物,阻碍反应的进行,降低其表面反应活性。为此,本文以Fe0为基础,并结合其它技术方法,来去除受污染水体中的铬。在本研究中分别采用了Fe0、高级Fenton-化学沉淀法、零价铁与超声波联用(zero-valent iron combined with ultrasound, Fe0/US)、阳离子交换树脂负载纳米零价铁(cation exchange resin supported nanoscale zero-valent iron, R-NZVI)等技术方法,对重金属铬的去除进行了研究,并考察了初始pH、Fe0投加量及废水初始浓度等各种影响因素对处理效果的影响,探讨了Fe0去除铬的作用机理。实验结果表明: (1)Fe0能够去除污染水体中的六价铬(Cr(VI))污染,其机理为氧化还原和共沉淀。去除过程受初始pH、Fe0投加量及废水初始浓度等因素的影响,且去除率随着Fe0投加量的增加而增大,随着pH值的上升和溶液初始浓度的增大而下降。在Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg/L,Fe0投加量为6.0g/L,pH=3,振荡速度为150rpm,反应60min的最佳条件下,去除率达到90%以上 (2)高级Fenton-化学沉淀法能够快速有效地去除废水中的强稳定性络合重金属CrEDTA。且在去除重金属铬的同时,也降低了废水COD。影响去除的主要因素包括Fe0投加量、H202浓度、初始pH值、沉淀pH值、反应时间等。在最佳实验条件下,CrEDTA废水中浓度为30mg/L的Cr(Ⅲ)的去除率为94%。 (3)超声波对Fe0去除Cr(VI)具有协同作用。其去除效率大于单独零价铁作用和单独超声波的去除效率之和。反应过程中溶液初始pH、Fe0量、超声时间、超声功率等对去除效率有明显影响。在最佳条件下,Fe0/US体系能去除97%以上的Cr(Ⅵ)。并通过扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)对Fe0颗粒表面进行了表征。 (4)将纳米零价铁负载在离子交换树脂上,形成R-NZVI,它可有效防止纳米铁的团聚,减少其在水环境中的流失。R-NZVI能快速有效地还原去除废水中的Cr(Ⅵ)。且Cr(Ⅵ)的去除率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的降低、pH的降低、纳米铁负载量的增加及树脂加入量的增加而增加。在最佳条件下,Cr(Ⅵ)的去除率达到83.4%。并通过SEM手段对R-NZVI表面进行了表征。


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