铁氧体法处理含铬废水工艺条件探讨
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3+ - 5
4 加热与曝气
为了加速铁氧体的生成, 在加入碱的同时, 需通入蒸汽将反应体系加热至60 ～ 80℃, 并鼓 入空气或氧气, 使悬浮在水中的胶体在搅拌下 加速氧化, 生成铁磁性氧化物 ( 见反应式 ( 3 ) ) 。 此时废水中的 C r3+ 就可以取代 Fe3O 4 晶格里金
属的位置, 形成铁氧体 [ FeO C r FeO 3 ]。 这时可 3+ 见到沉淀物由深绿色或褐色变成黑色。 Cr 在 铁氧体晶体中结合得非常牢固, 在酸、 碱性条件 下都不会溶于水。 将结晶体分离出来, 废水中的 铬几乎全部被除去。
所以, 既能完成氧化还原反应又能组成铁 氧体结构所需要的 C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质 量比为: m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
1 1 = 8. 34+ 5. 56 13. 90
设废 g L ( 相当于废水中 C Fe3+ = 0. 011m o l L ) 。 ( 水处理后 C C r (V I) = 0. 5m g L 相当于 C C r2O 2= 7
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第1期 化 工 环 保
・3 5 ・
而 K =
[C C r3+ ] 2 [C Fe3+ ] 6 [C C r2O 2] [C Fe2+ ] 6 [C H + ] 14 7
K sp
M n+ 初始浓度 mo l L
31 16 - 1 3 3
开始沉淀时
pH 4183 7160 2127
沉淀完全时
pH 5160 8195 3120
6. 3×108. 0×104. 0×10
3+
2×105×106×10
2+
- 38
Leabharlann Baidu- 3
注 设沉淀完全时废水中 C r 、 Fe 、 Fe 的浓度均小于10 m o l L 。
= lgK = 0. nE 05917
电极电位 Υ 来求平衡常数 K , 进而由 K 计算出
+ H 的平衡浓度 C H + 。
0. 05917 6× ( 1. 330- 0. 771) = = 56. 7 0. 05917 56 K = 5. 01×10
n ( ΥΗ C r2O 2C r3+ - ΥΗFe3+ Fe2+ 7
1 F eSO 4 7H 2O 的投加量
在含铬废水中加入 FeSO 4 7H 2O , 作用有 两个: 一是作还原剂, 用作还原剂的量与废水中
。 铁氧体法除铬的化学反应式如下:
2C r3+ + 6Fe3+ + 7H 2O ( 1)
1996205213收稿。
2+ C r2O 2+ 14H + → 7 + 6Fe
1 朱跃华1电镀废水治理技术综述. 北京: 中国环境科
海科学技术出版社, 198911026.
3 王绍文、 姜凤有 1 重金属废水治理技术 1 北京: 冶金
工业出版社, 19931411
4. 808 ×10- 6m o l L ) , 则 ( 1 ) 式中各物质的浓度
即 FeSO 4 7H 2O 的理论需要量是废水中六价铬 含量 ( 以 C rO 3 计) 的 13190 倍。 但考虑到硫酸亚
C r2O 7
2- 3 6
变化如下:
+
6Fe 2+ 1. 1×10 5×103 - 2
+
14H +
( 2)
0 前言
我国对含铬废水处理方法的研究非常活 跃, 目前, 常采用还原2沉淀法 ( 如化学还原、 电 [ 1, 2 ] ( 如离子交换、 解还原2凝聚) 或回收法 活性 ) 炭吸附、 反渗透等 处理含铬废水。 日本电气公 司研究出了一种从废水中去除铬的新工艺[ 3, 4 ] , 其基本原理是, 在酸性条件下, 用 Fe 2+ 将 C r 3+ ( ) 还原为 C r3+ , 然后加碱使 Fe 3+ 、 C r 共沉 淀, 再迅速加热、 曝气, 使沉淀物形成铁氧体结 晶而除去。 铁氧体是一种黑色尖晶石结构的化 合 物, 晶 体 呈 立 方 形, 化 学 式 可 表 示 为
—→ 2C r3+
2×10Η
3
+
6Fe3+ 6×103
+ 7H 2O
起始浓度 m o l L
- 1 1
1×10
平衡浓度 m o l L -
4. 808×10-
x
3+ 3+ ( 1) 式可以看成是由 C r2O 27 C r 和 Fe 2+ Fe 组成的原电池的电极反应, 可由室温时的
5 结语
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
・36・
化 工 环 保 1998年第18卷
2 北京市环境保护研究所1水污染防治手册1上海: 上
铁氧体法处理含铬废水, 工艺简单, 效率 高, 所得的铁氧体晶体是一种优良的半导体材 料。 含铬废水成分复杂, 得到的铁氧体晶体性能 不稳定, 但此法仍不失为一种较好的处理含铬 废水的方法。 参 考 文 献
= 6. 84×10 pH = 3. 165
的 N aO H [ 2 ]。根 据 反 应 式[ 5 ] M n+ + nO H - → M (O H ) n ↓ 则 COH - =
n
由以上计算可知, 欲使 C r ( ) 彻底还原并 达到排放标准 ( 015m g L ) , 则反应体系 pH 应 小于31165。 pH 越小, 反应进行得越彻底, 实际 上常控制 pH 为2。 根据化学反应式 ( 1 ) , 上述电镀废水中 C r ( ) 还原过程中消耗的 H + 量应为 114 × 10- 2 m o l L。 反应前应加入的 H + 量为反应过程消耗的
m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
2×100 1 = 6×278 8. 34
铁中含有杂质, 反应过程中还有其它消耗, 加之 过量的 FeSO 4 7H 2O 可使氧化还原反应进行完 全, 故 FeSO 4 7H 2O 实际加入量应大于理论量。 1 实践表明, C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质量比以 16 为宜, 也有文献[ 2 ] 将投加比写成 C r ( ) FeSO 4 7H 2O = 1 30。
第1期 化 工 环 保
・3 3 ・
铁氧体法处理含铬废水工艺条件探讨
魏振枢
( 中州大学, 郑州 450052)
摘要 对铁氧体法处理含铬废水工艺中的主要技术参数进行了探讨, 为选择最佳工 艺条件提供了依据。 关键词 铁氧体 含铬废水 硫酸亚铁
Fe2+ + 2O H - →Fe (O H ) 2 ↓
Abstract: A series of i m po rtan t m ea su res have been taken to con t ro l the no ise of the d ry ing sy s2 tem in RHON E 2POU L EN C Silica A erogel Com p any, includ ing sound 2in su la t ing enclo su re of la rge d raugh t fan, exhau st m uffler of d raugh t fan, sound 2in su la t ing hou se of fu rnace and b la st b low er, m ob il sound 2in su la t ing enclo su re of p u lverizing accelera to r, sound 2in su la t ing w rapp ing of duct and so on, resu lt ing in the reduct ion of the no ise level a t the p lan t bounda ry line from 74 dB (A ) to 45 dB (A ). Keywords: silica aerogel, d ry ing sy stem , no ise con t ro l, sound a t p lan t bounda ry line.
FeSO 4 7H 2O 的投加量应为01192 ×16= 3. 072
个 Fe 2+ , 以形成 2 个 [ FeO C rFeO 3 ], 此步骤的 配比换算成 C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质量比为: m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
2×100 1 = 4×278 5. 56
114×10- 2 + 6. 84×10- 4 = 1. 47×10- 2m o l L
即采用铁氧体法处理上述电镀废水, 使废 水中 C r ( ) 达到排放标准, 每升废水消耗的硫 酸量为5mL (H 2 SO 4 浓度为3m o l L ) 。
表1 生成氢氧化物沉淀时所需的 pH
M (O H ) n C r (O H ) 3 Fe (O H ) 2 Fe (O H ) 3
二是提供形成铁氧体所需的 Fe 2+ , 由 ( 4 ) 式可 知, 铁氧体组成中 ( Fe3+ + C r3+ ) 与 Fe 2+ 的摩尔
3+ 比为2 1, 即由 C r2O 2需提供 4 7 每生成 2 个 C r
2 氧化还原反应的酸度控制
欲 使 ( 1 ) 式反应完全, 并使废水中残留的 C r ( ) 达到 GB 897821996规定的最高容许排放 浓度 015m g L , 除需加入过量的 FeSO 4 7H 2O 外, 还要考虑反应体系的酸度。 如某电镀废水中 C C r (V I) 为 100m g L ( 相当 于 C C rO 3 01192g L 或 C C r2O 201001m o l L ) , 则 7
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・34・
化 工 环 保 1998年第18卷
图1 铁氧体法处理含铬废水流程
) 含量有关, 将废水中 C r2O 27 含量换算成 C rO 3 的量, 由反应式 ( 1 ) 可知, C rO 3 与 FeSO 4 Cr ( 7H 2O 的质量比为:
14
3 共沉淀时碱度的控制
Cr (
3+ ) 被还原后, 废水中存在 Fe 2+ 、 Fe 、
故 C H + =
[ 2×10- 3 ] 2 [ 6×10- 3 ] 6 4. 808×10- 6 [ 5×10- 3 ] 6 ×5. 01×1056
4
3+ 2+ C r , 为避免 Fe 的过度氧化, 应迅速加适量
AB 2O
[2] 4
1 ( 3) 3Fe (O H ) 2 + O 2 →FeO Fe2O 3 + 3H 2O 2 3+ 3+ 2+ 3+ 3+ FeO Fe2O 3 + C r →Fe [Fe Fe1- x C rx ]O 4 ( 4)
(x 为0 ～ 1)
铁氧体法处理含铬废水流程见图1。 本文根据基本化学原理对该处理工艺的主 要技术参数进行讨论。
+ + H 的量与平衡时溶液中的 H 的量之和, 即:
K sp CM n +
若已知M (O H ) n 的溶度积 K sp 和金属离子 的浓度 CM n+ , 则可求出相应的 pH 。 以上述还原 处理后的电镀废水为例, 生成氢氧化物沉淀所 需 pH 的计算结果见表1。 2+ 3+ 由表 1 可知, 欲使 C r3+ 、 Fe 、 Fe 均沉淀 完全, pH ≥9为佳, 实际上常控制在7 ～ 8。 若 pH 2+ 过小, 废水中将存在大量 Fe , 给后续处理带 来困难; 若 pH 过高, 由于 C r (O H ) 3 是两性氢氧 化物, 它又会溶解形成稳定的 C r (O H ) -4 配位离 子, 对形成铁氧体不利, 且分离出沉淀后的废水 需要加酸中和后才能排放。
4 加热与曝气
为了加速铁氧体的生成, 在加入碱的同时, 需通入蒸汽将反应体系加热至60 ～ 80℃, 并鼓 入空气或氧气, 使悬浮在水中的胶体在搅拌下 加速氧化, 生成铁磁性氧化物 ( 见反应式 ( 3 ) ) 。 此时废水中的 C r3+ 就可以取代 Fe3O 4 晶格里金
属的位置, 形成铁氧体 [ FeO C r FeO 3 ]。 这时可 3+ 见到沉淀物由深绿色或褐色变成黑色。 Cr 在 铁氧体晶体中结合得非常牢固, 在酸、 碱性条件 下都不会溶于水。 将结晶体分离出来, 废水中的 铬几乎全部被除去。
所以, 既能完成氧化还原反应又能组成铁 氧体结构所需要的 C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质 量比为: m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
1 1 = 8. 34+ 5. 56 13. 90
设废 g L ( 相当于废水中 C Fe3+ = 0. 011m o l L ) 。 ( 水处理后 C C r (V I) = 0. 5m g L 相当于 C C r2O 2= 7
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第1期 化 工 环 保
・3 5 ・
而 K =
[C C r3+ ] 2 [C Fe3+ ] 6 [C C r2O 2] [C Fe2+ ] 6 [C H + ] 14 7
K sp
M n+ 初始浓度 mo l L
31 16 - 1 3 3
开始沉淀时
pH 4183 7160 2127
沉淀完全时
pH 5160 8195 3120
6. 3×108. 0×104. 0×10
3+
2×105×106×10
2+
- 38
Leabharlann Baidu- 3
注 设沉淀完全时废水中 C r 、 Fe 、 Fe 的浓度均小于10 m o l L 。
= lgK = 0. nE 05917
电极电位 Υ 来求平衡常数 K , 进而由 K 计算出
+ H 的平衡浓度 C H + 。
0. 05917 6× ( 1. 330- 0. 771) = = 56. 7 0. 05917 56 K = 5. 01×10
n ( ΥΗ C r2O 2C r3+ - ΥΗFe3+ Fe2+ 7
1 F eSO 4 7H 2O 的投加量
在含铬废水中加入 FeSO 4 7H 2O , 作用有 两个: 一是作还原剂, 用作还原剂的量与废水中
。 铁氧体法除铬的化学反应式如下:
2C r3+ + 6Fe3+ + 7H 2O ( 1)
1996205213收稿。
2+ C r2O 2+ 14H + → 7 + 6Fe
1 朱跃华1电镀废水治理技术综述. 北京: 中国环境科
海科学技术出版社, 198911026.
3 王绍文、 姜凤有 1 重金属废水治理技术 1 北京: 冶金
工业出版社, 19931411
4. 808 ×10- 6m o l L ) , 则 ( 1 ) 式中各物质的浓度
即 FeSO 4 7H 2O 的理论需要量是废水中六价铬 含量 ( 以 C rO 3 计) 的 13190 倍。 但考虑到硫酸亚
C r2O 7
2- 3 6
变化如下:
+
6Fe 2+ 1. 1×10 5×103 - 2
+
14H +
( 2)
0 前言
我国对含铬废水处理方法的研究非常活 跃, 目前, 常采用还原2沉淀法 ( 如化学还原、 电 [ 1, 2 ] ( 如离子交换、 解还原2凝聚) 或回收法 活性 ) 炭吸附、 反渗透等 处理含铬废水。 日本电气公 司研究出了一种从废水中去除铬的新工艺[ 3, 4 ] , 其基本原理是, 在酸性条件下, 用 Fe 2+ 将 C r 3+ ( ) 还原为 C r3+ , 然后加碱使 Fe 3+ 、 C r 共沉 淀, 再迅速加热、 曝气, 使沉淀物形成铁氧体结 晶而除去。 铁氧体是一种黑色尖晶石结构的化 合 物, 晶 体 呈 立 方 形, 化 学 式 可 表 示 为
—→ 2C r3+
2×10Η
3
+
6Fe3+ 6×103
+ 7H 2O
起始浓度 m o l L
- 1 1
1×10
平衡浓度 m o l L -
4. 808×10-
x
3+ 3+ ( 1) 式可以看成是由 C r2O 27 C r 和 Fe 2+ Fe 组成的原电池的电极反应, 可由室温时的
5 结语
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・36・
化 工 环 保 1998年第18卷
2 北京市环境保护研究所1水污染防治手册1上海: 上
铁氧体法处理含铬废水, 工艺简单, 效率 高, 所得的铁氧体晶体是一种优良的半导体材 料。 含铬废水成分复杂, 得到的铁氧体晶体性能 不稳定, 但此法仍不失为一种较好的处理含铬 废水的方法。 参 考 文 献
= 6. 84×10 pH = 3. 165
的 N aO H [ 2 ]。根 据 反 应 式[ 5 ] M n+ + nO H - → M (O H ) n ↓ 则 COH - =
n
由以上计算可知, 欲使 C r ( ) 彻底还原并 达到排放标准 ( 015m g L ) , 则反应体系 pH 应 小于31165。 pH 越小, 反应进行得越彻底, 实际 上常控制 pH 为2。 根据化学反应式 ( 1 ) , 上述电镀废水中 C r ( ) 还原过程中消耗的 H + 量应为 114 × 10- 2 m o l L。 反应前应加入的 H + 量为反应过程消耗的
m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
2×100 1 = 6×278 8. 34
铁中含有杂质, 反应过程中还有其它消耗, 加之 过量的 FeSO 4 7H 2O 可使氧化还原反应进行完 全, 故 FeSO 4 7H 2O 实际加入量应大于理论量。 1 实践表明, C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质量比以 16 为宜, 也有文献[ 2 ] 将投加比写成 C r ( ) FeSO 4 7H 2O = 1 30。
第1期 化 工 环 保
・3 3 ・
铁氧体法处理含铬废水工艺条件探讨
魏振枢
( 中州大学, 郑州 450052)
摘要 对铁氧体法处理含铬废水工艺中的主要技术参数进行了探讨, 为选择最佳工 艺条件提供了依据。 关键词 铁氧体 含铬废水 硫酸亚铁
Fe2+ + 2O H - →Fe (O H ) 2 ↓
Abstract: A series of i m po rtan t m ea su res have been taken to con t ro l the no ise of the d ry ing sy s2 tem in RHON E 2POU L EN C Silica A erogel Com p any, includ ing sound 2in su la t ing enclo su re of la rge d raugh t fan, exhau st m uffler of d raugh t fan, sound 2in su la t ing hou se of fu rnace and b la st b low er, m ob il sound 2in su la t ing enclo su re of p u lverizing accelera to r, sound 2in su la t ing w rapp ing of duct and so on, resu lt ing in the reduct ion of the no ise level a t the p lan t bounda ry line from 74 dB (A ) to 45 dB (A ). Keywords: silica aerogel, d ry ing sy stem , no ise con t ro l, sound a t p lan t bounda ry line.
FeSO 4 7H 2O 的投加量应为01192 ×16= 3. 072
个 Fe 2+ , 以形成 2 个 [ FeO C rFeO 3 ], 此步骤的 配比换算成 C rO 3 与 FeSO 4 7H 2O 的质量比为: m
m C rO 3
FeSO 4 7H 2O
=
2×100 1 = 4×278 5. 56
114×10- 2 + 6. 84×10- 4 = 1. 47×10- 2m o l L
即采用铁氧体法处理上述电镀废水, 使废 水中 C r ( ) 达到排放标准, 每升废水消耗的硫 酸量为5mL (H 2 SO 4 浓度为3m o l L ) 。
表1 生成氢氧化物沉淀时所需的 pH
M (O H ) n C r (O H ) 3 Fe (O H ) 2 Fe (O H ) 3
二是提供形成铁氧体所需的 Fe 2+ , 由 ( 4 ) 式可 知, 铁氧体组成中 ( Fe3+ + C r3+ ) 与 Fe 2+ 的摩尔
3+ 比为2 1, 即由 C r2O 2需提供 4 7 每生成 2 个 C r
2 氧化还原反应的酸度控制
欲 使 ( 1 ) 式反应完全, 并使废水中残留的 C r ( ) 达到 GB 897821996规定的最高容许排放 浓度 015m g L , 除需加入过量的 FeSO 4 7H 2O 外, 还要考虑反应体系的酸度。 如某电镀废水中 C C r (V I) 为 100m g L ( 相当 于 C C rO 3 01192g L 或 C C r2O 201001m o l L ) , 则 7
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化 工 环 保 1998年第18卷
图1 铁氧体法处理含铬废水流程
) 含量有关, 将废水中 C r2O 27 含量换算成 C rO 3 的量, 由反应式 ( 1 ) 可知, C rO 3 与 FeSO 4 Cr ( 7H 2O 的质量比为:
14
3 共沉淀时碱度的控制
Cr (
3+ ) 被还原后, 废水中存在 Fe 2+ 、 Fe 、
故 C H + =
[ 2×10- 3 ] 2 [ 6×10- 3 ] 6 4. 808×10- 6 [ 5×10- 3 ] 6 ×5. 01×1056
4
3+ 2+ C r , 为避免 Fe 的过度氧化, 应迅速加适量
AB 2O
[2] 4
1 ( 3) 3Fe (O H ) 2 + O 2 →FeO Fe2O 3 + 3H 2O 2 3+ 3+ 2+ 3+ 3+ FeO Fe2O 3 + C r →Fe [Fe Fe1- x C rx ]O 4 ( 4)
(x 为0 ～ 1)
铁氧体法处理含铬废水流程见图1。 本文根据基本化学原理对该处理工艺的主 要技术参数进行讨论。
+ + H 的量与平衡时溶液中的 H 的量之和, 即:
K sp CM n +
若已知M (O H ) n 的溶度积 K sp 和金属离子 的浓度 CM n+ , 则可求出相应的 pH 。 以上述还原 处理后的电镀废水为例, 生成氢氧化物沉淀所 需 pH 的计算结果见表1。 2+ 3+ 由表 1 可知, 欲使 C r3+ 、 Fe 、 Fe 均沉淀 完全, pH ≥9为佳, 实际上常控制在7 ～ 8。 若 pH 2+ 过小, 废水中将存在大量 Fe , 给后续处理带 来困难; 若 pH 过高, 由于 C r (O H ) 3 是两性氢氧 化物, 它又会溶解形成稳定的 C r (O H ) -4 配位离 子, 对形成铁氧体不利, 且分离出沉淀后的废水 需要加酸中和后才能排放。