強化零價鐵還原水中Cr(VI)效能與機理及含鉻泥渣固定化研究.pdf

1、六價鉻被認為是一種人類致癌物質(zhì)且具有很強的流動性，因此它很容易從最初的污染地點滲透到土壤深層的含水層及地下水中造成污染。國內(nèi)外開發(fā)出的對于鉻污染水的處理技術(shù)包括化學(xué)還原法、電化學(xué)法、光催化還原法、吸附法、膜分離法和生物法等。這些方法都存在各自的優(yōu)缺點，但絕大多數(shù)的研究僅僅針對的是水中六價鉻的處理，而對處理過程中產(chǎn)生的含鉻污泥的處置涉及的很少。本文選擇操作簡便的化學(xué)還原法作為水中六價鉻的處理技術(shù)，并針對其缺點，如在中性或堿性條件下對六價鉻

2、的還原速率較慢，污泥產(chǎn)量大且處理處置困難等問題進行了改進。利用外加配體或磁場來提高中性及堿性條件下零價鐵對水中六價鉻的還原速率，并通過堿激發(fā)礦渣固定化方法來處理含鉻沉淀污泥以及含鉻廢渣。
　　以水溶液中六價鉻為目標物，研究了零價鐵對水中六價鉻的還原性能，考察了溶液初始pH、體系溫度、零價鐵投量、離子強度、水中共存陰離子和陽離子對零價鐵還原水中六價鉻效能的影響。結(jié)果表明，零價鐵投量、體系溫度和溶液初始pH對六價鉻的還原效率的影響很大

3、，較大的零價鐵投量和較高的反應(yīng)體系溫度以及較低的溶液初始pH都有利于六價鉻的快速還原，且反應(yīng)符合擬一級反應(yīng)動力學(xué)模型；溶液初始pH為3.0，六價鉻濃度為5mg/L，零價鐵投量為5g/L時，反應(yīng)25min后，六價鉻去除率就達到了最高，為98％；離子強度在2~50mmol/L之間對還原效率的影響很?。还泊娴年栯x子中鎂離子和鋁離子降低了零價鐵對水中六價鉻的還原效率，而共存陰離子中磷酸根、硫酸根和硝酸根則提高了零價鐵對水中六價鉻的還原效率。

4、r>　　在研究零價鐵還原水中六價鉻的性能的過程中發(fā)現(xiàn)零價鐵在中性及堿性條件下對六價鉻的還原速率顯著降低了，為進一步提高中性條件下零價鐵對水中六價鉻的還原速率，通過向體系中加入具有絡(luò)合能力的配體，考察了初始pH為7.0時磷酸鹽、檸檬酸鹽、氨三基乙酸鹽和EDTA這4種配體對零價鐵還原水中六價鉻效能的影響。中性條件下，磷酸鹽、檸檬酸鹽、氨三基乙酸鹽和EDTA的加入均不同程度地提高了零價鐵對水中六價鉻的去除效率，從無配體時27.4%的去除率，分

5、別最高增加至77.7%、93.4%、98.4%和97.1%。單獨考察這4種配體對六價鉻的還原作用時發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)進行24h內(nèi)這4種配體對六價鉻均沒有去除效果，光照及三價鐵離子只對檸檬酸鹽存在時六價鉻的還原效果產(chǎn)生了影響，說明在磷酸鹽、氨三基乙酸鹽和EDTA存在的體系中起到還原作用的主要為零價鐵及其腐蝕產(chǎn)生的二價鐵。而在考察檸檬酸鹽與三價鐵共存時，光照對510nm下二價鐵與鄰菲啰啉絡(luò)合物吸光度值的影響時發(fā)現(xiàn)有二價鐵的生成，并且生成的二價鐵的濃

6、度主要受到三價鐵濃度的影響，說明具有α-OH結(jié)構(gòu)的檸檬酸鹽主要起到了電子傳遞的作用?？疾鞜o六價鉻時4種配體對二價鐵溶出濃度的影響，并結(jié)合MINTEQ軟件模擬二價鐵的形態(tài)分布情況可知，這4種配體對零價鐵還原效率的促進作用主要是由于與二價鐵形成了可溶性絡(luò)合物，促進了二價鐵在中性條件下的溶解濃度，同時也緩解了零價鐵表面的鈍化作用。
　　通過加入配體方式可顯著提高零價鐵在中性及堿性條件下對六價鉻的還原能力，但是配體強大的絡(luò)合作用導(dǎo)致出水中

7、總鉻和總鐵的含量較高，因此，希望選擇一種物理的方法來強化零價鐵對水中六價鉻的還原能力。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)零價鐵對水中六價鉻的還原速率和去除效率與外加磁場有明顯關(guān)聯(lián)。考察了機械攪拌下不同溶液初始pH、初始六價鉻濃度條件下以及零價鐵老化前后磁場對零價鐵還原水中六價鉻能力的影響。結(jié)果表明，初始溶液pH為3.0和4.0時，磁場對零價鐵還原水中六價鉻的能力影響很小，而隨著溶液初始pH逐漸增加至8.0時，磁場對零價鐵的還原能力的影響被顯著提高。零價鐵

8、還原水中六價鉻的能力還受到磁場類型和磁場強度的較大影響。溶液初始pH為7.0時，無磁場時零價鐵還原六價鉻的效率在各自反應(yīng)的時間內(nèi)并無明顯變化，均在20%左右，隨著六價鉻初始濃度從2.5mg/L增加至10mg/L，磁場存在時零價鐵對六價鉻去除效率從93.3%下降至46.4%，但均高于相同條件下無磁場時六價鉻的去除效率。溶液初始pH為7.0時，無磁場時零價鐵很快失去還原能力被稱為“老化”，老化后的零價鐵在施加磁場后可恢復(fù)部分還原能力，但其還

9、原能力明顯不如磁場一直存在時零價鐵的還原能力。零價鐵的還原能力主要受到其腐蝕速率及表面鈍化作用的影響，磁場的存在可促進零價鐵表面順磁性二價鐵離子向溶液中遷移，緩解鈍化層的形成，促進零價鐵的腐蝕，從而提高零價鐵對六價鉻的還原能力。
　　為控制零價鐵還原水中六價鉻后產(chǎn)生的污泥中鉻的再次釋放，采用堿激發(fā)礦渣固定化的方法來處理含鉻污泥。結(jié)果表明，污泥摻量在20~45%范圍內(nèi)的固化體可在一般市政固廢填埋場進行填埋處置；累積浸出5d內(nèi)總鉻累積

10、浸出質(zhì)量百分比均小于0.002%，有效擴散系數(shù)De在10-15~10-14數(shù)量級之間變化，說明經(jīng)固定化處理的污泥中鉻非常穩(wěn)定，并且釋放機制以表面沖刷為主；浸出因子LX均大于9。
　　通過堿激發(fā)礦渣固定含鉻污泥的浸出結(jié)果可知，這種固定化可被進一步用于處理難度更大的含鉻廢渣。考察了零價鐵還原/堿激發(fā)礦渣固定化處理含鉻廢渣的效果。在還原過程中，與直接混合方式相比，間接混合方式更有利于零價鐵還原含鉻廢渣中六價鉻，且不能采用較高的液固比，毒