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            工業廢水治理的研究方法

             摘要

            本文采用火焰原子吸收分光光度的測定方法,在鹽酸介質中pH=3-5測定出各金屬的含量。測定結果發現鎘、錳和鋅的含量高出了國家廢水排放的標準,因此本文提出兩個解決方案:解決方案一、用硫酸亞鐵降解,先用氫氧化鈉調Ph=9后用用鹽酸調到Ph=3-5后測定。方案二、用硫化鈉降解,在鹽酸介質下進行測定得出結果。兩方案得到的結果進行對比,發現降解的效果都達到80%-95%,但考慮到經濟的投入用硫酸亞鐵比較實惠。測定時火焰穩定,工作曲線的吸光度控制在0.5-0.7測定效果最佳。

             關鍵詞:原子吸收分光光度法;工業廢水;廢水治理;重金屬;微量元素

             1前言

            物種生存、人類發展都離不開水,水資源是這個星球上分布最廣的資源之一,因此水質好壞直接影響到生物的生存和發展?,F代化經濟迅速發展,由此引發一系列的環保問題,我國正處在發展中國家行列,工業活動用水量大,產生的工業廢水量巨大不但浪費寶貴的資源還污染環境,經濟發展的同時給自然環境帶來了巨大的傷害,特別是多種重金屬的污染。這些金屬污染對人的健康存在著危害。各行各業工藝不同,產生的污染物就不相同,工業殘渣不同,從而產生的污染物更是天差地別,某些化學元素更是會影響物種的基因,給環境帶來危害的同時也影響著人類的健康。

            在沒有人類活動的干預下,自然狀態下江河、湖、海以及地下水中的有害重金屬都是比較低的,用火焰原子吸收分光光度計直接來檢測樣品中的微量元素鎘、錳、鋅,其精密度和準確性都是相對高的?;鹧嬖游展舛确z出限低且易于掌握。大量有害重金屬元素能溶于水,所以水污染問題常見但不易處理,如果人體長期飲用重金屬超標的水會嚴重危害人體和動植物的健康更嚴重者會危害生命,人體所需要的微量、常量元素通常來源于水和食物,但由于工業“三廢”的污染地表水及地下水資源,造成不能逆轉且隱性傷害比如:汞、鋇、銅、鋅、鎳、鎘等特別是有些重金屬毒性強不易被人體排出且能夠在人體中積累,當積累達到一定程度會危害生命安全。

            相關研究數據表明,人體在日常飲食中如果長時間攝入微量的鎘元素,會引起骨化癥和引起痛痛病等。絕大多數淡水的含鎘量低于1ug/L,海水中鎘的平均濃度為0.15ug/L。鎘的污染主要來源于人類的化學活動和礦產的開采冶煉和電池、染料的使用等;鋅是人體必不可少的元素之一,微量的鋅存在于水中對于人類和溫血動物無明顯危害但是對于魚類和水體里面的其他水生動植物的生長想象還是比較大的。魚在鋅含量小于0.1毫克每升的水中生活才是屬于安全范圍,此次之外,鋅對于水體的自我凈化過程也是有一定的抑制作用。鋅的污染源主要來源于電鍍廠、冶煉工藝、化工顏料等生產部門所排放的污水。鋅中毒的主要癥狀表現:惡心胃腸刺激、上腹部絞痛、持續性嘔吐、口中有灼燒感,嚴重的會有眩暈和全身不適等。錳中毒早期主要體現在疲勞無力、記憶力衰退、頭暈頭痛肌肉痛等,到了后期主要表現出來的是面具面容、肌體顫抖不能自控、肌肉僵直寫字困難、書寫越來越難控制,也稱為“小字癥”?;鹧嬖游展舛确ǖ姆治龇椒ㄖ饕w現為:將處理過后的待測元素通過原子化系統霧化,與載氣進入火焰,在火焰中分離出來成基態原子,原子吸收分光光度法服從的是吸光度A和濃度C的關系即比爾定律:當空心陰極燈輻射出來待測元素的波長通過火焰時,火焰中待測元素的基態原子吸收減弱,在特定的實驗狀態下,波長光強弱的變化和火焰中待測元素基態原子的濃度有定量的關系,從而與試樣待測元素含量有定量的關系。所以:測出吸光度就能計算出待測元素的含量,這就是原子吸收光度分析的定量依據,樣品經過處理后霧化吸入火焰,在火焰中形成原子蒸汽對光源發射的特殊電磁輻射產生吸收,把測得的樣品吸光度和標準溶液的吸光度進行比較,確定樣品中被測元素濃度。原子吸收分光光度法的特點:靈敏度高,穩定性好,被測元素間的干擾性小,可以不用單獨分離出來就可以直接檢測,準確性高,偏差小,被測范圍廣可檢測非金屬元素和重金屬元素達到六十多種,檢測速度快,穩定性好,適用于各行各業。

             2實驗部分

              2.1實驗原理

            原子吸收分光光度法主要的測量的是離子狀態下的金屬元素和某些非金屬元素,待測元素的空心陰極燈發出特征光譜通過原子化產生為原子蒸汽狀態,被蒸汽中待測元素的基態原子所吸收,通過測定輻射光的強度減弱的程度來計算出被測物質的元素含量。原子吸收遵循的分光光度法的吸收定律,通常和對比溶液和試驗品的溶液的吸光度,來計算出被測元素的含量。

            原子吸收光度法具有以下的工作特點:

            一、靈敏度好:大多數元素用常規方法可達到百萬分之級別,少數采用特殊分析方法可以達到十億分之級別的含量范圍。

            二、精密度高:利用特殊檢測的精密度可達到小于0.1%,即時是一般檢測也能達到1%~3%。

            三、應用的范圍廣:在已有的元素周期表中,有70余種元素可以用原子吸收分光光度法檢測。四、干擾元素少:原子吸收的光譜、譜線重疊少,干擾性小。

            五、方便簡易,比較容易達到自動化操作:液體樣品經過預處理通??梢宰詣舆M樣,一般樣品不用進行分開處理?,F有的新型號的設備儀器的進樣和測定的步驟可以全部自動化進行。

            六、試樣用料少:試樣用料少,可固定量用料采用石墨爐無火焰原子吸收法,每次測量只需要5~20微升的試液或者0.05~10毫克的固體樣品。

             2.2主要儀器及試劑

            WFX-1308火焰原子吸收分光光度計燃料:乙炔,用鋼瓶供給。

            光源:常用待測元素作為陰極的空心陰極燈。

            助燃氣:用空氣壓縮器供給,空氣進入助燃器前經過過濾器,可以去除空氣中的水分及其他的雜質等。

            單色器:單色器的功能主要是從光源發射電磁輻射中分離出檢測所需要的的電磁輻射,儀器設備要保證有足夠且良好的光譜分辨率和在光譜帶為0.2nm的寬度中正常進行工作,其中波長范圍為190.0~900.0nm。

            檢測系統:檢測系統由檢測器、信號處理和指示記錄器構成,具有很高的靈敏度和較高的穩定性,能夠及時發現信號的快速變化。

            火焰原子化器:原子化器由霧化器和燃燒燈頭組成,功能主要是把樣品溶液霧化成細小顆粒后和燃氣混合,一起進入燃燒產生的火焰中,干燥蒸發后,離解待測樣品,把待測金屬元素轉換為基態原子?;鹧娴氖怯刹煌瑲怏w混合,通常用到的是乙炔、空氣火焰等,當然改變助燃氣體和燃氣的類別和比例也可以控制火焰的溫度,從中得到更加穩定和靈敏度高得火焰。

            背景校正:在原子吸收分光光度分析中,背景干擾在測定過程中不可避免,所以在儀器設備的設計中盡可能將不利因素減小,常用到的背景校正方法有:在紫外區使用到的是氘燈的連續光源發、塞曼效應、自吸效應、非吸收線等。當然在檢測過程中不可不免的干擾還可能出現在檢測過程中的各個工作條件中比如:波長的設置、狹縫調節、原子化的條件等會對檢測過程的靈敏度和穩定性帶來干擾,所以在火焰原子吸收光度法中也可選擇適當的測定譜線和狹縫,或者改變火焰的溫度、加入絡合劑或釋放劑以及采用添加標準等不同方法進行屏蔽干擾。

            鹽酸(1+1):硝酸(1+1):硫化鈉:硫酸亞鐵:1000ug/mL鎘標準容液:

            稱取純度為(99.9%)的鎘1.0000g放置于250毫升燒杯中,后加入(1+1)硝酸溶液20毫升,于電爐上加熱溶解蒸發至近干狀態。后加入5毫升鹽酸溶液,加入純水30毫升,加熱溶解鹽類物質,待冷卻至=常溫后移到1升容量瓶中,溶純水稀釋至刻度、搖勻即可。得到溶液濃度為每1毫升含鎘1000微克。

            鎘標準系列的配制:分別用移液槍移取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80毫升鎘標準溶液到100毫升容量瓶中,分別加入鹽酸溶液(1+1)4毫升,用水稀釋至刻度,搖勻。得到鎘標準溶液系列含量為:0.00、2.00、4.00、6.00、8.00微克每毫升。

            1000ug/mL錳標準溶液:稱取高純度錳金屬1.0000克,放置于250毫升燒杯中,加入硝酸溶液(1+1)20毫升,放置電爐上加熱溶解至近干狀態,后加入20毫升鹽酸溶液。加熱溶解鹽類物質,冷卻接近室溫狀態后移入100毫升容量瓶中,用純水定容至刻度線,搖勻。得到溶液濃度為1毫升含有1000微克錳標準溶液。

            錳標準溶液系列的配制:分別用移液槍移取0.00、0.10、0.20、0.40、0.60毫升錳標準溶液于100毫升容量瓶中,加(1+1)鹽酸4毫升,用純水稀釋到刻度線,搖勻。由此可得到的錳標準溶液濃度為:0.00、1.00、2.00、4.00、6.00微克每毫升。

            鋅標準(甲)液:準確稱取高純度鋅金屬0.1000克,放置于250毫升燒杯中,加入鹽酸溶液(1+1)20毫升,在低溫狀態下緩慢加熱溶解,加熱至近干狀態,取下冷區至室溫狀態后加入5毫升鹽酸,后加入純水30毫升,煮沸溶解鹽類物質,冷卻后移入1000毫升容量瓶中,用純水稀釋至刻度,搖勻即可。得到的溶液濃度為每1毫升含100微克鋅。

            鋅標準(乙)液:分別用移液槍移取25毫升鋅標準溶液(甲)液于100毫升容量瓶中,加入(1+1)鹽酸溶液2毫升,用純水定容至刻度,搖勻即可。得到溶液濃度為1毫升含25微克鋅溶液。

            鋅標準溶液系列配制:用移液槍分別移取2.00、4.00、6.00、8.00、10.00毫升鋅標準溶液(乙)液于100毫升容量瓶中,加鹽酸溶液(1+1)4毫升,用純水稀釋至刻度,搖勻。得到鋅標準系列濃度含量分別為:0.00、.050、1.00、1.50、2.00、2.50微克每毫升。

            硝酸:GR鹽酸

            以上實驗用水均為普通蒸餾純水。

            2.3儀器工作條件一般實驗室用儀器。

            原子吸收分光光度用到的儀器輔助設備配備用的:乙炔-空氣助燃器及所測元素的元素燈及其他必要的附件,儀器操作參數可參照廠家的說明進行選擇,如表1所示。

            a8d9ee67866b608dc08cef37732f8f3f

            d4312ccf57f0db082f94cf49d4bab149

            48ae8fe002ee2b07788daa91b11facad

            556d2d5d5204209512518a8d7f51cd6d

             3實驗結果

              3.1有害元素的測定樣品的測定結果

            4c74d38422b936914bde7eabf77415ed

            上表測定出的數據表示:沒處理前的廢水中鎘錳和鋅的含量遠遠高出了國家廢水的排放標準,如果這些未經處理過的廢水排放到河里,將嚴重危害我們的環境。

             3.2治理

            加1摩爾每升硫酸鈉5毫升,用(1+1)鹽酸調pH=3后按測定條件表1、2、3測定出鎘、錳、鋅的含量及吸光度,結果如下表

            b69393a4e2e81e32efd6df4f7ca6af8f

            加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩爾每升硫酸亞鐵,用100g/L氫氧化鈉調pH=9,后用(1+1)鹽酸調pH=3后按測定條件表1、2、3測得的鎘含量及吸光度表:

            c2674fa61c95cae34519f9b8fee73935

            加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩爾每升硫酸亞鐵,用100g/L氫氧化鈉調pH=9,后用(1+1)鹽酸調pH=3后按測定條件表1、2、3測得的錳含量及吸光度表:

            b00538fdc1805e4a808a3eee7bc29400

            加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩爾每升硫酸亞鐵,用100g/L氫氧化鈉調pH=9,后用(1+1)鹽酸調pH=3后按測定條件表1、2、3測得的鋅含量及吸光度表:

            f4d797a84f50135bbeb6529273ec7f21

            4結論

            一、工業廢水處理工藝基本要求

            (1)處理工業廢水的設備主要體現在工藝技術的熟練程度、運轉起來是否節能降排、整體工程的投資成本是否能讓企業承擔得起、工藝技術流程的完善程度等。

            (2)工藝要做到高效、穩定、具有一定的抗沖擊能力,運行起來相對靈活簡單合理運行。

            (3)處理廢水的選用設備要與工廠相匹配,保養簡單合理、使用年限符合企業要求,性能好。

            二、廢水處理方法

            當前對于治理工業重金屬污染危害的主要手段有三大類:第一個是物理化學修復方法;第二個是植物修復方法、第三個是生物修復方法

            (1)物理化學修復方法:簡單來說就是運用物理方法將重金屬污染物從水中利用物理的手段例如:離心分離、重力分離或者過篩分離法等,將污染物降低至符合排放的標準范圍內。而化學則體現在:在污染物質中投放藥劑從而使其發生化學反應比如:中和、氧化還原、混凝等;使超標的金屬元素含量降低達到處理的目的,在化學處理的也體現在另一種方面利用:萃取、吸附、離子交換等將金屬元素電滲出來,達到處理的最終目標。

            (2)植物修復方法:目前研究人員發現在自然界存在的某些植物能夠吸收、降解、固定、轉移、土壤水體中的重金屬元素、從而達到降低甚至清除污染物達到治理環境的效果。

            (3)生物修復技術:微生物共存體系、微生物代謝作用等、能將水體中的污染物轉化為穩定、無害的物質。微生物的不同作用下,可大致將其分為兩大類:需氧生物處理和厭氧生物處理。在實際生產運用在,大部分運用的是需氧生物處理法,需要生物處理法它有很多的運作方式,根據處理不同的物質使用不同的設備,從而達到處理的效果。

            當然污水處理池在處理污水過程中有著重要的地位,由于部分工業污水中可能會含有有機物,當污水中的有機物不能及時處理時,會產生厭氧反應,會導致污水處理池底的污泥上浮,會影響沉淀池的正常運行,導致水質的進一步惡化等。

            本文用硫酸亞鐵和硫化鈉做比較,從兩者選擇出較經濟適用的一種來應用到實際生產工作中。工業硫化鈉最低價格500克20元,工業硫化鈉屬于無機化合物,又叫臭堿、臭蘇打、黃堿、硫化堿。純度高得硫化鈉主要體現為無色的晶體粉末狀態,硫化鈉分子量為:78.04,比較容易吸潮,易溶于水中,在空氣中吸收水分后碳酸化變質、從而釋放出硫化氫氣體。從而影響其比重、熔點和沸點等因此會造成其自身的影響。工業用的七水硫酸亞鐵最低價格500克5.85元,能正常使用的顏色為藍綠色,分子量278,為藍綠色單斜結晶,溶于水為淺綠色。

            兩者相比較,硫化鈉不易保存且價格相對于硫酸亞鐵價格較高。而使用硫酸亞鐵,藥劑來源廣,價格低、耗量少,成本低、設備投資少,使用方便,且不會產生二次污染,在高濃度含鎘、錳、鋅廢水中處理中優勢明顯等。對比表6、表8可以看出硫酸亞鐵處理廢水中的鎘、錳和鋅有較好的效果,因此建議用硫酸亞鐵處理高濃度的廢水,使其達到國家排放的標準。

             參考文獻

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            [2]趙生平,U環保公司創業成長與融資策略研究[D].上海交通大學,2012

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            [7]徐祥生.解析水質資源污染治理的技術策略[D].資源節約與環保,2014.

            致謝

            值此畢業論文完成之際,我謹向所有關心、愛護、幫助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。

            首先要感謝我的指導老師XXX老師,X老師在我畢業論文的撰寫過程中,給我提供了極大的幫助和指導。從開始選題到中期修正,再到最終定稿,X老師給我提供了許多寶貴建議。

            其次要感謝我的舍友,她們在我的論文撰寫過程中給我提供了不少幫助,她們的意見和建議使我受到了許多啟發。

            最后還要感謝父母在我求學生涯中給與我無微不至的關懷和照顧,一如既往地支持我、鼓勵我。

            工業廢水治理的研究方法

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