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電鍍廢水的鉻污染特征及調(diào)控
林文杰
（韓山師范學(xué)院，廣東潮州521041）
摘要：以廣東省潮州市彩塘不銹鋼電鍍區(qū)的水體為例，研究了電鍍廢水、底泥的Cr分布特征和基本特性，并針對廢水基本特性，采用FeSO4進(jìn)行調(diào)控，探討如何將Cr6+轉(zhuǎn)化Cr3+以及除去廢水中Cr的途徑。電鍍廢水中的總Cr和Cr6+分別為57.3mg/L、42.4mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)37、83倍，導(dǎo)致河流水體Cr6+超過環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。電鍍廢水具有低pH值和高電導(dǎo)率。電鍍區(qū)底泥Cr大大超過背景值，底泥中的Cr殘渣態(tài)含量最高，其次是氧化態(tài)、還原態(tài)，可溶態(tài)和碳酸鹽態(tài)含量低，說明了底泥存在潛在危害性。FeSO4能有效地將Cr6+還原為Cr3+，Fe2+/Cr6+摩爾比為4具有很好轉(zhuǎn)化效率，還原充分后將pH值調(diào)至9，對Cr3+具有最好的沉淀效果，通過該途徑有效除去廢水的Cr。
關(guān)鍵詞：電鍍廢水；鉻污染；硫酸亞鐵；形態(tài)
中圖分類號：X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.08.036 文章編號：1003-6504(2010)08-0156-03
電鍍所帶來的廢氣、廢水、廢渣，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，Cr是電鍍廢水中典型重金屬污染物。Cr在水環(huán)境中的存在形態(tài)主要是三價鉻和六價鉻，Cr（Ⅲ）是人體必須的微量元素，是正常糖脂代謝所不可缺少的，缺乏會引起動脈硬化等多種疾病。C（rⅥ）具有強(qiáng)烈的毒性，能損傷人體和動物的DNA，并且在環(huán)境中普遍存在，是污染控制指標(biāo)。在水體中，C（rⅢ）和C（rⅥ）在不同氧化還原條件下可以相互轉(zhuǎn)化，在污染治理中，將C（rⅥ）轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）是污染治理的一個重要手段。Cr具有不同地球化學(xué)形態(tài)，決定了Cr在環(huán)境中的遷移性，因而探討Cr的地球化學(xué)形態(tài)特征是探討和控制Cr遷移的重要依據(jù)。彩塘是廣東省不銹鋼生產(chǎn)基地，該地區(qū)長期采用落后的方式進(jìn)行電鍍，產(chǎn)生的廢水基本上沒有進(jìn)行處理。為了系統(tǒng)評價電鍍對該區(qū)域造成的Cr污染，選擇電鍍區(qū)的一個典型河段，分析電鍍廢水及納污河流的Cr價態(tài)及地球化學(xué)形態(tài)，并探討了電鍍廢水Cr的價態(tài)轉(zhuǎn)化過程，科學(xué)評價該地區(qū)環(huán)境污染特征，為控制和治理該地區(qū)Cr提供科學(xué)依據(jù)。
1·材料與方法
1.1樣品的采集
選擇彩塘鎮(zhèn)的電鍍企業(yè)集中處進(jìn)行采樣，分別采集3個電鍍廢水樣品，在冶煉點下游河段的不同位置采集5個地表水樣品和5個底泥樣品。在該河段上游電鍍廢水排放處采集3個地表水樣和1個底泥對照樣品，作為背景進(jìn)行對照分析。
1.2電鍍廢水Cr處理
根據(jù)測定的Cr含量，在電鍍廢水中分別以Fe2+/Cr6+的摩爾比為2、3、4的三個處理，分別為處理1、處理2、處理3，每組設(shè)置7個pH值處理。處理方法是先將FeSO4加入電鍍廢水中，攪拌20min，使其充分反應(yīng)，然后采用采用NaOH將pH值調(diào)控為4、5、6、7、8、9~10，離心過濾后分析水溶液中的總Cr和Cr6+含量，每個處理重復(fù)3次，探討采用不同硫酸亞鐵用量在不同pH值下對水體中的Cr6+和總Cr的除去效率。
1.3實驗分析方法
水樣采用酸度計（PHB-1000）測定pH值，采用電導(dǎo)率儀（DDS-ⅡA）測定電導(dǎo)率，總Cr采用原子吸收分光光度計測定，C（rⅥ）采用二苯碳酰二肼分光光度法測定。
底泥樣品自然風(fēng)干后研磨，并過100目的孔篩，分別采用HCl-HNO3-HClO4進(jìn)行消解，測定Cr總量；并通過連續(xù)提取法分析底泥的地球化學(xué)形態(tài)，提取過程參照Tessier和Sims方法進(jìn)行修改，具體步驟見表1。底泥中Cr形態(tài)、水體總Cr的測定采用原子吸收分光光度法測定。
2·結(jié)果與討論
2.1水污染特性
表2列出了電鍍區(qū)河流上游、電鍍廢水、電鍍區(qū)下游水體基本特性和總Cr和C（rⅥ）含量特征。與背景水體相比，電鍍廢水明顯酸化，電導(dǎo)率大大增加，表明了廢水中含有大量的鹽離子，導(dǎo)致河流地表水酸化，長期采用河流的水體進(jìn)行灌溉，導(dǎo)致土壤酸化，鹽度增大。電鍍廢水中總Cr和Cr（Ⅵ）分別為57.3、42.4mg/L，為背景水樣的數(shù)百倍，分別超過電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)的37、83倍。河流上游水體流經(jīng)電鍍區(qū)后，受到電鍍廢水污染，導(dǎo)致地表水中C（rⅥ）超過了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類4.4倍。
2.2底泥Cr形態(tài)分布特征
底泥Cr的形態(tài)分析結(jié)果如表3所示，各樣品的形態(tài)之和與總量分析結(jié)果基本一致，其誤差小于20%。電鍍污染區(qū)底泥中Cr遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對照點，表明電鍍廢水導(dǎo)致了Cr在底泥中的積累。電鍍污染區(qū)河段的底泥Cr有效態(tài)和碳酸鹽態(tài)含量較低，主要以氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)、殘渣態(tài)為主，特別是殘渣態(tài)含量特別高。重金屬的移動性和生物有效性按照連續(xù)提取的順序依次降低，除廢渣態(tài)以外，其它所有形態(tài)都具有一定程度的生物有效性，以可交換態(tài)和碳酸鹽態(tài)的生物有效性最大。底泥中Cr主要以殘渣態(tài)存在，其次是氧化態(tài)和還原態(tài)，有效態(tài)和碳酸態(tài)含量較低，反映了底泥Cr具有較低生物有效性，但存在潛在的長期危害性。
2.3硫酸亞鐵對電鍍廢水除去效率
表4表示不同FeSO4用量處理在不同pH值下對電鍍廢水中的Cr6+和總Cr含量影響。隨著FeSO4用量增加，廢水中Cr6+含量減少。處理1的Fe2+/Cr6+摩爾比為2時，Cr6+除去率為50%；處理1的Fe2+/Cr6+摩爾比為2時，Cr6+除去率為98%以上。處理1的Cr6+未達(dá)到電鍍污水排放標(biāo)準(zhǔn)，處理2的Cr6+達(dá)到電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，但是高于地表水Ⅲ類。處理3對Cr6+的除去率達(dá)到99.9%，處理后的廢水基本上達(dá)到了地表水標(biāo)準(zhǔn)。電鍍廢水中的Cr6+通過FeSO4還原后，pH值對廢水Cr6+沒有明顯變化。
廢水中的總Cr主要由Cr6+和Cr3+組成，根據(jù)總Cr和Cr6+可以推斷Cr3+含量。各處理的廢水中的總Cr在pH值為4~5時略低于未處理的廢水，隨著pH值升高，各處理水溶態(tài)的Cr含量逐漸下降，當(dāng)pH值為9時，可溶性Cr的含量最低，當(dāng)pH值為10時，可溶性Cr上升。以上結(jié)果表明，在pH值為4~5范圍內(nèi)，Cr基本上沒有沉淀，當(dāng)pH值上升為6~9，Cr3+逐漸與OH-結(jié)合為C（rOH）3沉淀。當(dāng)pH值為10時，可溶性Cr含量增加，其可能原因是Cr為兩性化合物，在堿性條件下，C（rOH）3溶解導(dǎo)致可溶性Cr增加。處理2和處理3的pH為7~9時，總Cr濃度低于電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，處理1在pH值為7~9時大大降低，但是仍然大于21mg/L，主要原因是高含量Cr6+未被全部還原，剩余的Cr6+沒有因pH值改變而變成沉淀，仍然殘留在溶液中。
3·結(jié)論
在彩塘不銹鋼電鍍區(qū)，電鍍廢水的總Cr和Cr6+含量均大大超過了電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，排入河流后，導(dǎo)致水體中的總Cr和Cr6+含量增加，大大超過了地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。由于電鍍廢水和拋光殘渣污染，導(dǎo)致底泥中的Cr含量比背景值大大增加。底泥中的Cr主要以氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)、殘渣態(tài)存在，可交換態(tài)和碳酸鹽態(tài)含量較低，底泥中的Cr具有潛在的危害性。采用FeSO4可以將Cr6+還原為Cr3+，然后將pH值調(diào)節(jié)為7~9，將Cr3+沉淀下來，達(dá)到除去廢水中的總Cr和Cr6+的目的。當(dāng)Fe2+與Cr6+的摩爾比大于3時，采用該方法處理電鍍廢水可達(dá)標(biāo)排放。
