实验室COD废水处理研究

随着我国教育事业的发展及教学改革的深化,实验室成为高校进行教学和科研创新的重要场所，但在教学与科研过程中产生了大量的实验室废水。实验室废水成分复杂,含有铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锑(Sb)、锰(Mn)等重金属污染物。若处置不当直接排放，不仅会对生态环境造成不利影响:还会通过食物链威胁人体健康。实验室废水的处理方法较多,可根据废水所含成分的不同,选择不同的处理方式。实验室分析水质 COD 时常采用重铬酸钾法,会产生大量含有Cr⁶⁺、Ag和Hg”的有毒废水。因此,作者以实验室COD废水为研究对象，采用氧化还原法和中和沉淀法处理COD废水中重金属离子,并通过单因素实验和正交实验优化处理条件。

一、实验

1.试剂与仪器

氯仿、双硫腙、二苯碳酰二肼,分析纯,国药集团药业股份有限公司;高锰酸钾、浓硫酸,分析纯,天津凯通化学试剂有限公司;氯化钠,分析纯,天津天力化学试剂有限公司。

85-2A型恒温磁力加热搅拌器,常州金坛大地自动化仪器厂;AUY120型电子天平,日本岛津;722E型可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司;101-2DE型电热鼓风干燥箱,天津泰斯特仪器有限公司;PXSI216F 型离子计、PAg/S-1型银硫电极,上海仪电科学仪器股份有限公司;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵:郑州亚荣仪器有限公司。

2.COD废水中总Cr、Cr⁺浓度的测定

（1）Cr+标准曲线的绘制

分别移取2μg/mL-Cr+标准溶液0mL、2ml、4 ml、6 mL、8 m、10m,置于50ml,比色管中,配制成Cr+标准使用溶液,以试剂空白作为参比溶液,室温下测定 540 nm 处吸光度。以 Cr+浓度(c)为横坐标、吸光度(A)为纵坐标绘制标准曲线,拟合得到线性回归方程:A=0.0172c+0.0105(R39;=0.9990)。

（2）总Cr、Cr⁶⁺浓度的测定

采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法测定总Cr、Cr⁶⁺的浓度。取一定量的COD废水于烧杯中,用氨水调节至中性,加入几粒玻璃珠,再加入9mol/L-硫酸1m、7mol/L-磷酸1mL,摇匀;加人2.5 mL显色剂,充分摇匀;10min后，以试剂空自为参比溶液,测定540nm处吸光度,根据标准曲线方程计算COD废水中总Cr浓度，不加 4%高锰酸钾溶液,同法测定COD废水中Cr⁶⁺浓度

3.COD废水中Hg+浓度的测定

（1）Hg标准曲线的绘制

采用双硫腙分光光度法测定Hg浓度。分别移取1mg/L-Hg标准溶液0mL、0.5ml、1.0mL,2.5mL、5.0mL、10.0m,置于50 ml具塞锥形瓶中,配制成Hg标准使用溶液，以氯仿试剂作为参比溶液,室温下测定485 nm处吸光度。以Hg浓度(c)为横坐标、吸光度(A)为纵坐标绘制标准曲线,拟合得到线性回归方程:A=0.0525c+0.0023(R=0.9980)

（2）Hg浓度的测定

取一定量的COD废水于烧杯中,加入1m 亚硫酸钠溶液,混匀;加入10ml双硫腙氯仿溶液,缓慢旋摇并放气,密塞振摇1min,静置分层;将有机相转入盛有20m双硫腙洗脱液的60m分液漏斗中,振摇1min,静置分层,直至有机相不带绿色;用滤纸吸去分液漏斗放液管内的水珠,塞入脱脂棉;将有机相置于20mm比色皿中,以氯仿作为参比溶液,测定485nm处吸光度,根据标准曲线方程计算COD废水中Hg浓度。

4.COD 废水中 Ag浓度的测定

（1）Ag 标准曲线的绘制.

采用离子选择性电极法测定Ag浓度。分别移取Ag标准溶液0m、20mL、40mL、80 mL、100mL置于250 m锥形瓶中,配制成Ag标准使用溶液,利用银硫电极及硫酸钾参比电极测定Ag标准使用溶液的电位值。以Ag浓度(z)为横坐标、电位值(y)为纵坐标绘制标准曲线,拟合得到线性回归方程y=-63.11x+176.97(R-0.9993)

（2）Ag 浓度的测定

取一定量的COD废水于烧杯中,用氨水调节至中性,利用银硫电极及硫酸钾参比电极测定溶液的电位值,根据标准曲线方程计算COD废水中Ag浓度.

二、结果与讨论

1.单因素实验结果

（1）葡萄糖加量对Cr⁶⁺转化效果的影响

分别将4g、6g、8g、10g、12g、14g葡萄糖加入到50 mLCOD 废水(COD初始浓度为61.68g/L)中,按1.2方法测定总Cr、Cr⁶⁺浓度,考察葡萄糖加量对Cr⁶⁺转化效果的影响:在Cr⁶⁺转化过程中,添加葡萄糖作为电子供体有利于Cr⁶⁺转化率的提高。随着葡萄糖加量的增加,总Cr浓度、Cr⁶⁺转化率均迅速上升,Cr⁶⁺浓度迅速下降;当葡萄糖加量为10g时,总Cr浓度、Cr⁶⁺转化率均达到最高,Cr⁶⁺浓度降至最低;继续增加葡萄糖加量,总Cr、Cr⁶⁺浓度及Cr⁶⁺转化率均趋于稳定,此时,Cr⁶⁺全部被去除,总Cr浓度无明显变化,认为在此过程中葡萄糖将Cr⁶⁺完全转化为Cr³⁺。综合考虑,后续实验选择葡萄糖加量为 10g处理 COD 废水.

（2）氯化钠加量对Ag+去除效果的影响

分别将0.1g、0.3g、0.7g、1.3g、2.1g、3.1g氯化钠加入到 50mLCOD废水中,过滤,将氯化银沉淀烘干,室温称重,采用氯化银沉淀法测定氯化银沉淀质量;同时采用离子选择性电极法测定Ag去除率,考察氯化钠加量对Ag去除效果的影响：随着氯化钠加量的增加,氯化银沉淀量和Ag去除率均迅速上升;当氯化钠加量为2.1g时,Ag去除率为100%,COD废水中的Ag全部转化为氯化银沉淀。

综合考虑，后续实验选择氯化钠加量为2.1g沉降COD废水中的Ag.

（3）氢氧化钠加量对总 Cr、Hg浓度的影响

分别将4.0g、4.5 g、5.0g、5.5g、6.0g氢氧化钠加入到50mLCOD废水中,20℃下反应20 min,分别按1.2、1.3方法测定总 Cr、Hg浓度,考察氢氧化钠加量对总Cr、Hg浓度的影响：随着氢氧化钠投加量的增加，总Cr、Hg浓度均先迅速下降后上升;当氢氧化钠投加量为4.5g时,总Cr浓度最低,为11.11mg/L;当氢氧化钠加量为5.0g时,Hg浓度最低,为2.11mg/L.

（4）反应温度对总Cr、Hg浓度的影响

将5.0g氢氧化钠加入到COD废水中,分别在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃下反应20 min,分别按1.2、1.3 方法测定总 Cr、Hg浓度,考察反应温度对总 Cr、Hg浓度的影响：随着反应温度的升高,氢氧化铬沉淀溶解的速率加快，总Cr浓度迅速上升,当反应温度为10℃时,总Cr浓度最低,为11.72mg/L,此时总Cr的去除效果最佳。随着反应温度的升高Hg浓度先迅速下降后逐渐上升，当反应温度为20℃时,Hg浓度最低,为2.21 mg/L,此时Hg的去除效果最佳。

（5）反应时间对总Cr、Hg:浓度的影响

将5.0g氢氧化钠加入到COD废水中,20℃下分别反应5 min、10min、15min、20min、25min,分别按1.2、1.3方法测定总Cr、Hg浓度,考察反应时间对总Cr、Hg浓度的影响：随着反应时间的延长，总Cr、Hg:浓度均先下降后上升。这是因为，氢氧化钠与废水中的 Cr+、Hg+发生反应生成氢氧化物沉淀,随着反应时间的延长,过量碱性浓度使氢氧化物沉淀重新溶解在废水中,形成可溶解的四氢氧化铬离子与亚汞酸盐离子,此时废水呈亮绿色。当反应时间为20min时,总Cr、Hg浓度均最低,分别为12.18mg/L和2.17 mg/L,COD 废水处理效果最好.

2.正交实验结果

在单因素实验的基础上，选取氢氧化钠加量(A)、反应时间(B)、反应温度(C)为考察因素,以总 Cr、Hg”去除率为评价指标,通过L,(3)正交实验进一步优化实验室COD废水的处理条件。各因素对去除过程的影响大小顺序为:反应温度(C)>氢氧化钠加量(A)>反应时间(B);最佳处理条件组合为A,B℃,即氢氧化钠加量为5.0g、反应时间为20min、反应温度为20℃.

3.验证实验

在氢氧化钠加量为5.0 g、反应时间为20 min、反应温度为 20℃的最佳条件下进行验证实验,测得总Cr去除率为 75.13%,Hg+ 去除率为86.51%。

三、结论

以实验室 COD废水为研究对象,采用投加葡萄糖、氯化钠、氢氧化钠等对其进行处理,通过单因素实验和正交实验优化了COD废水的处理条件。结果表明,葡萄糖加量为 10g时,废水中 Cr⁶⁺完全转化为Cr³⁺;氯化钠加量为2.1g时,废水中Ag去除率为100%;在氢氧化钠加量为5.0g、反应时间为20min、反应温度为 20 ℃的最佳条件下,总Cr和Hg?综合去除效率最佳,去除率分别为75.13%、86.51%。该研究为实验室COD废水中重金属离子的去除提供了理论依据,对改善水体生态具有重要意义。

作者：

罗瑜婷,郑丹,吴龙华,陈都

(武汉工商学院,湖北武汉 430065)