电镀废水的铬污染特征及调控

电镀废水的铬污染特征及调控
  摘要：以广东省潮州市彩塘不锈钢电镀区的水体为例，研究了电镀废水、底泥的 Cr 分布特征和基本特性，并针对废水基本特性，采用FeSO4 进行调控，探讨如何将Cr6+转化Cr3+以及除去废水中Cr 的途径。电镀废水中的总Cr 和Cr6+分别为57.3mg/L、42.4mg/L，远远超过了电镀废水排放标准37、83 倍，导致河流水体Cr6+超过环境质量标准。电镀废水具有低pH 值和高电导率。电镀区底泥Cr 大大超过背景值，底泥中的Cr 残渣态含量最高，其次是氧化态、还原态，可溶态和碳酸盐态含量低，说明了底泥存在潜在危害性。FeSO4 能有效地将Cr6+还原为Cr3+，Fe2+/Cr6+摩尔比为4 具有很好转化效率，还原充分后将pH 值调至9，对Cr3+具有最好的沉淀效果，通过该途径有效除去废水的Cr。关键词：电镀废水；铬污染；硫酸亚铁；形态中图分类号：X131.2 文献标志码：Adoi： 10.3969/j.issn.1003-6504.2010.08.036 文章编号： 1003-6504(2010)08-0156-03 电镀所带来的废气、废水、废渣，对环境造成严重污染，Cr 是电镀废水中典型重金属污染物。Cr 在水环境中的存在形态主要是三价铬和六价铬，Cr（Ⅲ）是人体必须的微量元素，是正常糖脂代谢所不可缺少的，缺乏会引起动脉硬化等多种疾病。C（rⅥ）具有强烈的毒性，能损伤人体和动物的DNA，并且在环境中普遍存在，是污染控制指标。在水体中，C（rⅢ）和C（rⅥ）在不同氧化还原条件下可以相互转化，在污染治理中，将C（rⅥ）转化为Cr（Ⅲ）是污染治理的一个重要手段。Cr 具有不同地球化学形态，决定了Cr 在环境中的迁移性，因而探讨Cr 的地球化学形态特征是探讨和控制Cr 迁移的重要依据。彩塘是广东省不锈钢生产基地，该地区长期采用落后的方式进行电镀，产生的废水基本上没有进行处理。为了系统评价电镀对该区域造成的Cr 污染，选择电镀区的一个典型河段，分析电镀废水及纳污河流的Cr 价态及地球化学形态，并探讨了电镀废水 Cr 的价态转化过程，科学评价该地区环境污染特征，为控制和治理该地区Cr 提供科学依据。 1·材料与方法 1.1 样品的采集选择彩塘镇的电镀企业集中处进行采样，分别采集3 个电镀废水样品，在冶炼点下游河段的不同位置采集5 个地表水样品和5 个底泥样品。在该河段上游电镀废水排放处采集3 个地表水样和1 个底泥对照样品，作为背景进行对照分析。 1.2 电镀废水Cr 处理根据测定的Cr 含量，在电镀废水中分别以Fe2+/Cr6+的摩尔比为2、3、4 的三个处理，分别为处理1、处理2、处理3，每组设置7 个pH 值处理。处理方法是先将FeSO4 加入电镀废水中，搅拌20min，使其充分反应，然后采用采用NaOH 将pH 值调控为4、5、6、7、8、9~10，离心过滤后分析水溶液中的总Cr 和Cr6+ 含量，每个处理重复3 次，探讨采用不同硫酸亚铁用量在不同pH 值下对水体中的Cr6+和总Cr 的除去效率。 1.3 实验分析方法水样采用酸度计（PHB-1000）测定pH 值，采用电导率仪（DDS-ⅡA）测定电导率，总Cr 采用原子吸收分光光度计测定，C（rⅥ）采用二苯碳酰二肼分光光度法测定。底泥样品自然风干后研磨，并过100 目的孔筛，分别采用HCl-HNO3-HClO4 进行消解，测定Cr 总量；并通过连续提取法分析底泥的地球化学形态，提取过程参照Tessier 和Sims 方法进行修改，具体步骤见表1。底泥中Cr 形态、水体总Cr 的测定采用原子吸收分光光度法测定。 2·结果与讨论 2.1 水污染特性表2 列出了电镀区河流上游、电镀废水、电镀区下游水体基本特性和总Cr 和C（rⅥ）含量特征。与背景水体相比，电镀废水明显酸化，电导率大大增加，表明了废水中含有大量的盐离子，导致河流地表水酸化，长期采用河流的水体进行灌溉，导致土壤酸化，盐度增大。电镀废水中总Cr 和Cr（Ⅵ）分别为57.3、 42.4mg/L，为背景水样的数百倍，分别超过电镀废水的排放标准的37、83 倍。 河流上游水体流经电镀区后，受到电镀废水污染，导致地表水中C（rⅥ）超过了环境质量标准Ⅲ类4.4 倍。 2.2 底泥Cr 形态分布特征底泥Cr 的形态分析结果如表3 所示，各样品的形态之和与总量分析结果基本一致，其误差小于20%。电镀污染区底泥中Cr 远远大于对照点，表明电镀废水导致了Cr 在底泥中的积累。电镀污染区河段的底泥Cr 有效态和碳酸盐态含量较低，主要以氧化态、有机态、残渣态为主，特别是残渣态含量特别高。重金属的移动性和生物有效性按照连续提取的顺序依次降低，除废渣态以外，其它所有形态都具有一定程度的生物有效性，以可交换态和碳酸盐态的生物有效性最大。底泥中Cr 主要以残渣态存在，其次是氧化态和还原态，有效态和碳酸态含量较低，反映了底泥Cr 具有较低生物有效性，但存在潜在的长期危害性。 2.3 硫酸亚铁对电镀废水除去效率表4 表示不同FeSO4 用量处理在不同pH 值下对电镀废水中的Cr6+和总Cr 含量影响。随着FeSO4 用量增加，废水中Cr6+含量减少。处理1 的Fe2+/Cr6+ 摩尔比为2 时，Cr6+除去率为50%；处理1 的Fe2+/Cr6+摩尔比为2 时，Cr6+除去率为98%以上。处理1 的Cr6+未达到电镀污水排放标准，处理2 的Cr6+达到电镀废水的排放标准，但是高于地表水Ⅲ类。处理3 对Cr6+的除去率达到99.9%，处理后的废水基本上达到了地表水标准。电镀废水中的Cr6+通过FeSO4 还原后， pH 值对废水Cr6+没有明显变化。废水中的总Cr 主要由Cr6+和Cr3+组成，根据总Cr 和Cr6+可以推断Cr3+ 含量。各处理的废水中的总Cr 在pH 值为4~5 时略低于未处理的废水，随着pH 值升高，各处理水溶态的Cr 含量逐渐下降，当pH 值为9 时，可溶性Cr 的含量最低，当pH 值为10 时，可溶性Cr 上升。以上结果表明，在pH 值为4~5 范围内， Cr 基本上没有沉淀，当pH 值上升为6~9，Cr3+逐渐与OH-结合为C（rOH）3 沉淀。当pH 值为10 时，可溶性Cr 含量增加，其可能原因是Cr 为两性化合物，在碱性条件下，C（rOH）3 溶解导致可溶性Cr 增加。处理2 和处理3 的pH 为7~9 时，总Cr 浓度低于电镀废水排放标准，处理1 在pH 值为7~9 时大大降低，但是仍然大于21mg/L，主要原因是高含量Cr6+未被全部还原，剩余的Cr6+没有因pH 值改变而变成沉淀，仍然残留在溶液中。 3·结论在彩塘不锈钢电镀区，电镀废水的总Cr 和Cr6+含量均大大超过了电镀废水排放标准，排入河流后，导致水体中的总Cr 和Cr6+含量增加，大大超过了地表水环境质量Ⅲ类标准。由于电镀废水和抛光残渣污染，导致底泥中的Cr 含量比背景值大大增加。底泥中的Cr 主要以氧化态、有机态、残渣态存在，可交换态和碳酸盐态含量较低，底泥中的Cr 具有潜在的危害性。采用FeSO4 可以将Cr6+ 还原为Cr3+，然后将pH 值调节为7~9，将Cr3+沉淀下来，达到除去废水中的总 Cr 和Cr6+的目的。当Fe2+与Cr6+的摩尔比大于3 时，采用该方法处理电镀废水可达标排放。