氧化鐵紅是一種產(chǎn)量僅次于鈦白粉的重要無極工業(yè)原料，其生產(chǎn)工藝較為簡單，成本較低，并具有無毒、耐堿、耐高溫、耐光等優(yōu)良特性，因此被廣泛應(yīng)用于建材、涂料、化妝品、電子、化工等行業(yè)。一般情況下，每生產(chǎn)一噸氧化鐵紅，會(huì)排放大約15~20噸廢水，其主要來源為反應(yīng)桶中分離出成品氧化鐵紅的水溶液以及水洗氧化鐵紅產(chǎn)品后排放的廢水。廢水中含高濃度氨氮、硫酸鹽、亞鐵離子，近年來我國在保護(hù)水體環(huán)境方面加強(qiáng)了廢水排放的管控，使得氧化鐵紅的生產(chǎn)產(chǎn)家由于廢水排放不達(dá)標(biāo)而面臨停業(yè)整頓、關(guān)閉等問題，因此氧化鐵紅行業(yè)亟需一種節(jié)約成本又可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脫酸脫氮的廢水處理方法。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)原理
硫酸根在水中屬于溶解性物質(zhì)，對(duì)于這類物質(zhì)，如果可以先用某種方法將其變?yōu)椴蝗苄晕镔|(zhì)，然后再用絮凝沉淀法將其去除，在某些情況下，絮凝沉淀作用所形成的的絮體會(huì)將一些溶解性物質(zhì)吸附而發(fā)生共沉淀，這可以看做一種協(xié)同作用。因此，在氧化鐵紅廢水中先加入Ca(OH)2，Ca(OH)2與廢水中的硫酸根離子(SO42-)反應(yīng)生成硫酸鈣(CaSO4)沉淀，即形成帶負(fù)電的硫酸鈣懸浮物，即去除硫酸根離子。反應(yīng)式如下所示：
1.2 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)儀器：毫克級(jí)電子分析天平、上海雷磁pH計(jì)(PHS-3C)、WFJ722可見分光光度計(jì)等。
實(shí)驗(yàn)藥劑：氫氧化鈣(分析純)，鉻酸鋇(分析純)，36%鹽酸(分析純)，氨水(分析純)等。
1.3 試驗(yàn)方法及步驟
本實(shí)驗(yàn)按照氧化鈣與廢水中硫酸根離子摩爾比為1︰1，pH為6、7、8，反應(yīng)時(shí)間為40min、60min、80min進(jìn)行多因素試驗(yàn)，取100mL廢水，裝入250mL錐形瓶中，向其中加入相應(yīng)比例的氫氧化鈣，用36%HCL調(diào)節(jié)pH，分別控制反應(yīng)時(shí)間。用絡(luò)酸鋇光度法測(cè)量硫酸根的含量。
2、結(jié)果分析
2.1 工作曲線繪制
分別于150mL錐形瓶6個(gè)，分別加入0mL、1mL、2mL、4mL、6mL、8mLSO42-標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加水至50mL，向標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入1mL2.5mol/L的鹽酸溶液，加熱煮沸5min，取下各加入5mL酸性鉻酸鋇溶液后，在煮沸5min。取下錐形瓶，稍冷卻后，逐滴加入氨水至檸檬黃色，再多加2滴。冷卻后，用慢性濾紙過濾，濾液收集于50mL比色管中，用蒸餾水洗滌錐形瓶及濾紙三次，濾紙收集于比色管中，用蒸餾水稀釋至標(biāo)線。在420nm波長，用10mm比色皿測(cè)量吸光度，所得線性回歸方程：A=0.425C-0.6649，R2=0.9992。
2.2 添加不同質(zhì)量的氫氧化鈣對(duì)硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，用36%HCL調(diào)節(jié)溶液的pH為6，反應(yīng)時(shí)間60min。硫酸根的初始濃度是12g/L，設(shè)定添加氫氧化鈣的含量費(fèi)分別為2g、2.5g、3g、3.5g、4g。待反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)量廢水中SO42-的濃度，計(jì)算SO42-去除率。結(jié)果如表1所示：隨著氫氧化鈣濃度的增加，去除SO42-濃度先增加后減少，當(dāng)添加3.5g氫氧化鈣時(shí)，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=2.1341g。去除率82.11%。
2.3 pH對(duì)硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，添加3g氫氧化鈣，反應(yīng)時(shí)間60min。硫酸根的初始濃度是12g/L，用36%HCL調(diào)節(jié)溶液的pH。設(shè)定的pH分別為5、5.5、6、6.5、7，待反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)量廢水中SO42-的濃度，計(jì)算SO42-去除率。結(jié)果如表2所示：隨著廢水中pH的增加，去除SO42-濃度先增加后減少，當(dāng)pH為5.5時(shí)，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=1.9897g。去除率83.32%。
2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，添加3g氫氧化鈣，用36%HCL調(diào)節(jié)溶液的pH為6，硫酸根的初始濃度是12g/L，設(shè)定反應(yīng)時(shí)間分別為40min、60min、80min、100min、120min。待反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)量廢水中SO42-的濃度，計(jì)算SO42-去除率。結(jié)果如表3所示：隨著廢水反應(yīng)時(shí)間的增加，去除SO42-濃度趨勢(shì)不明顯，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=2.0613g。去除率82.72%。
2.5 正交實(shí)驗(yàn)
為了探索氫氧化鈣、pH值、反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水中硫酸根離子去除實(shí)驗(yàn)的綜合影響，實(shí)驗(yàn)采用L9(3,3)正交表進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。選擇的因素水平表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、表2。
根據(jù)正交表，根據(jù)不同組別分別試驗(yàn)，測(cè)量各廢水中SO42-的剩余含量，結(jié)果如圖一所示：第二組別時(shí)，廢水中廢水中SO42-的含量最高，去除率為72.59%。第四組別時(shí)，廢水中SO42-的含量最低，去除率80.92%。
正交表結(jié)果顯示氫氧化鈣含量、pH值、反應(yīng)時(shí)間對(duì)硫酸根的測(cè)量結(jié)果均有影響，并且根據(jù)極差大小可確定三因素的影響程度，氫氧化鈣含量與pH對(duì)沉淀法測(cè)量硫酸根的影響最大，反應(yīng)時(shí)間的影響相對(duì)較小。正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)組合是：m(Ca(OH)2)=3.3110g，pH=6，反應(yīng)時(shí)間60min。廢水經(jīng)最優(yōu)條件處理后沉淀作用顯著，硫酸根離子去除率可達(dá)80.92%。
3、結(jié)論及建議
(1)試驗(yàn)研究氫氧化鈣含量、pH和反應(yīng)時(shí)間對(duì)沉淀法去除硫酸根均有影響，其中氫氧化鈣含量的影響最為顯著，且影響程度較大。正交實(shí)驗(yàn)最優(yōu)組合是m(Ca(OH)2)=3.3110g，pH=6，反應(yīng)時(shí)間60min。去除率可達(dá)80.92%。
(2)試驗(yàn)中僅研究了對(duì)硫酸根的去除效果，未涉及到廢水中其他污染物。廢水中諸如氨氮、COD值等問題還需進(jìn)一步協(xié)同去除。
(3)氧化鐵紅廢水的特殊性在于高濃度的硫酸根和氨氮，屬于低碳氮比型廢水，此類廢水處理技術(shù)研發(fā)，對(duì)于具有相似水質(zhì)的其他廢水的處理提供試驗(yàn)參考。（來源：維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司）
