污水處理技術(shù)篇：含鎘廢水處理技術(shù)
赤泥是鋁土礦提煉氧化鋁后排出的固體廢物，因其氧化鐵含量多，外觀呈紅褐色，故稱為赤泥〔1〕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球氧化鋁工業(yè)每年產(chǎn)生赤泥7000萬t，我國每年的赤泥產(chǎn)生量則超過3000萬t〔2〕。赤泥的處理一般是排入海里，或堆放在廢渣場，不僅浪費(fèi)土地，還容易造成地下水污染等一系列環(huán)境問題。由于赤泥的產(chǎn)生量巨大，成分復(fù)雜，多年來對(duì)其處理或利用的研究一直是世界性難題。鎘的毒性非常大，GB8978—1996明確規(guī)定鎘是一類污染物，最高允許排放質(zhì)量濃度為0.1mg/L，且不能稀釋處理。而一般工廠的含鎘廢水處理前鎘的濃度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求限值。含鎘廢水常見的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、凝聚法和氧化還原法等〔3〕，雖然處理效率高，但耗資大并會(huì)造成二次污染。筆者采用操作簡單、處理效率高的吸附法，利用赤泥對(duì)含鎘廢水進(jìn)行處理，并尋求最佳吸附條件，從而使含鎘廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
試劑：硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、硝酸等均為分析純。赤泥來自河南省鄭州某鋁廠，主要成分為SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、MnO、Cr2O3、Fe2O3等。
儀器：TAS-990火焰型原子吸收分光光度計(jì)，上海普析通用儀器有限公司;SHA-C往復(fù)式水浴恒溫振蕩器，江蘇金壇正基儀器有限公司;HG-9070A烘箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;pHS-25型pH計(jì)，上海雷磁儀器廠。
1.2模擬含鎘廢水的配制
以蒸餾水和硫酸鎘配制含鎘廢水，其鎘離子質(zhì)量濃度為GB13456—2012中要求的現(xiàn)代企業(yè)鎘污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的100倍(10mg/L)。取模擬廢水100mL置于250mL錐形瓶中，加入一定量赤泥，密閉振蕩反應(yīng)一段時(shí)間后過濾，用原子吸收分光光度計(jì)測定其吸光度并得出Cd2+的濃度，計(jì)算去除率。
2結(jié)果與分析
2.1鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線
根據(jù)GB7475—1987配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，在228.8nm處測定吸光度，結(jié)果見圖1。
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圖1鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線
2.2赤泥投加量對(duì)吸附效果的影響
設(shè)定室溫為25℃，取一定量的赤泥(投加量分別為0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5g/L)投加到100mL10mg/L鎘溶液中，反應(yīng)時(shí)間為1h，振蕩速率為90r/min，考察赤泥投加量對(duì)鎘離子吸附效果的影響，結(jié)果見表1。
表1赤泥投加量與鎘離子去除率的關(guān)系
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由表1可知，赤泥投加量為0.25g/L時(shí)，對(duì)鎘離子的去除率僅為64.47%;1g/L時(shí)去除率可達(dá)95.32%;此后繼續(xù)增加赤泥投加量去除率增幅不大，所以赤泥的最佳投加量為1g/L。計(jì)算單位質(zhì)量赤泥的吸附量可知赤泥對(duì)鎘離子的最大吸附量為10mg/g。
2.3溶液pH對(duì)吸附效果的影響
設(shè)定室溫為25℃，取0.1g赤泥加入到100mL10mg/L鎘溶液中，振蕩速度為90r/min，反應(yīng)時(shí)間為1h，調(diào)節(jié)pH，考察pH對(duì)赤泥吸附鎘離子效果的影響，結(jié)果見表2。
表2pH對(duì)鎘離子去除率的影響
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從表2可見，pH對(duì)赤泥吸附鎘離子的影響較大，pH越高去除率越高。這是由于赤泥表面有較高的負(fù)電荷，強(qiáng)酸條件下H+聚集在赤泥表面，阻礙了鎘離子與吸附劑的接觸，去除率較低。pH>9時(shí)去除率較高與Cd2+和OH-產(chǎn)生沉淀有關(guān)。與不投加赤泥的空白樣對(duì)比，得出堿性環(huán)境中赤泥對(duì)Cd2+的去除是吸附和沉淀共同作用的結(jié)果，堿性越強(qiáng)，沉淀作用越明顯。
2.4反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附效果的影響
設(shè)定室溫為25℃，取0.1g赤泥加入到100mL10mg/L鎘溶液中，振蕩速度為90r/min，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)赤泥吸附鎘離子效果的影響，結(jié)果見表3。
表3反應(yīng)時(shí)間對(duì)鎘離子去除率的影響
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從表3可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加去除率也隨之增加。反應(yīng)時(shí)間為5min時(shí)，去除率為90.31%;反應(yīng)時(shí)間增加到60min時(shí)去除率為95.29%，此后延長反應(yīng)時(shí)間其去除率變化不明顯，所以最佳反應(yīng)時(shí)間為60min。
2.5溫度對(duì)吸附效果的影響
取100mL10mg/L鎘溶液，加入0.1g赤泥，反應(yīng)時(shí)間為1h，振蕩速率為90r/min，考察溫度對(duì)赤泥吸附效果的影響，當(dāng)溫度為20、25、30、35、40、45、50℃時(shí)，相應(yīng)的去除率為94.08%、95.01%、95.48%、95.83%、96.44%、96.24%、97.14%。溫度為20℃時(shí)去除率為94.08%，溫度繼續(xù)升高時(shí)去除率隨之升高但變化幅度不是太大？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，反應(yīng)溫度最好控制為室溫25℃。
3結(jié)論
赤泥對(duì)含鎘廢水有很好的吸附效果。對(duì)于10mg/L鎘溶液，赤泥的最佳投加量為1g/L，反應(yīng)時(shí)間為1h，溫度為25℃處理效果最佳;溶液pH越高，其吸附率越高，原因是在堿性環(huán)境中Cd2+會(huì)發(fā)生共沉淀作用，且堿性越強(qiáng)，沉淀作用越明顯。
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