工业废水治理的研究方法

I1前言物种生存、人类发展都离不开水，水资源是这个星球上分布最广的资源之一，因此水质好坏直接影响到生物的生存和发展。现代化经济迅速发展，由此引发一系列的环保问题，我国正处在发展中国家行列，工业活动用水量大，产生的工业废水量巨大不但浪费宝贵的资源还污染环境，经济发展的同时给自然环境带来了巨大的伤害，特别是多种重金属的污染。这些金属污染对人的健康存在着危害。各行各业工艺不同，产生的污染物就不相同，工业残渣不同，从而产生的污染物更是天差地别，某些化学元素更是会影响物种的基因，给环境带来危害的同时也影响着人类的健康。在没有人类活动的干预下，自然状态下江河、湖、海以及地下水中的有害重金属都是比较低的，用火焰原子吸收分光光度计直接来检测样品中的微量元素镉、锰、锌，其精密度和准确性都是相对高的。火焰原子吸收光度法检出限低且易于掌握。大量有害重金属元素能溶于水，所以水污染问题常见但不易处理，如果人体长期饮用重金属超标的水会严重危害人体和动植物的健康更严重者会危害生命，人体所需要的微量、常量元素通常来源于水和食物，但由于工业“三废”的污染地表水及地下水资源，造成不能逆转且隐性伤害比如：汞、钡、铜、锌、镍、镉等特别是有些重金属毒性强不易被人体排出且能够在人体中积累，当积累达到一定程度会危害生命安全。相关研究数据表明，人体在日常饮食中如果长时间摄入微量的镉元素，会引起骨化症和引起痛痛病等。绝大多数淡水的含镉量低于1ug/L,海水中镉的平均浓度为0.15ug/L。镉的污染主要来源于人类的化学活动和矿产的开采冶炼和电池、染料的使用等；锌是人体必不可少的元素之一，微量的锌存在于水中对于人类和温血动物无明显危害但是对于鱼类和水体里面的其他水生动植物的生长想象还是比较大的。鱼在锌含量小于0.1毫克每升的水中生活才是属于安全范围，此次之外，锌对于水体的自我净化过程也是有一定的抑制作用。锌的污染源主要来源于电镀厂、冶炼工艺、化工颜料等生产部门所排放的污水。锌中毒的主要症状表现：恶心胃肠刺激、上腹部绞痛、持续性呕吐、口中有灼烧感，严重的会有眩晕和全身不适等。锰中毒早期主要体现在疲劳无力、记忆力衰退、头晕头痛肌肉痛等，到了后期主要表现出来的是面具面容、肌体颤抖不能自控、肌肉僵直写字困难、书写越来越难控制，也称为“小字症”。火焰原子吸收光度法的分析方法主要体现为：将处理过后的待测元素通过原子化系统雾化，与载气进入火焰，在火焰中分离出来成基态原子，原子吸收分光光度法服从的是吸光度A和浓度C的关系即比尔定律：当空心阴极灯辐射出来待测元素的波长通过火焰时，火焰中待测元素的基态原子吸收减弱，在特定的实验状态下，波长光强弱的变化和火焰中待测元素基态原子的浓度有定量的关系，从而与试样待测元素含量有定量的关系。所以：测出吸光度就能计算出待测元素的含量，这就是原子吸收光度分析的定量依据，样品经过处理后雾化吸入火焰，在火焰中形成原子蒸汽对光源发射的特殊电磁辐射产生吸收，把测得的样品吸光度和标准溶液的吸光度进行比较，确定样品中被测元素浓度。原子吸收分光光度法的特点：灵敏度高，稳定性好，被测元素间的干扰性小，可以不用单独分离出来就可以直接检测，准确性高，偏差小，被测范围广可检测非金属元素和重金属元素达到六十多种，检测速度快，稳定性好，适用于各行各业。2实验部分2.1实验原理原子吸收分光光度法主要的测量的是离子状态下的金属元素和某些非金属元素，待测元素的空心阴极灯发出特征光谱通过原子化产生为原子蒸汽状态，被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光的强度减弱的程度来计算出被测物质的元素含量。原子吸收遵循的分光光度法的吸收定律，通常和对比溶液和试验品的溶液的吸光度，来计算出被测元素的含量。原子吸收光度法具有以下的工作特点：一、灵敏度好：大多数元素用常规方法可达到百万分之级别，少数采用特殊分析方法可以达到十亿分之级别的含量范围。二、精密度高：利用特殊检测的精密度可达到小于0.1%，即时是一般检测也能达到1%~3%。三、应用的范围广：在已有的元素周期表中，有70余种元素可以用原子吸收分光光度法检测。四、干扰元素少：原子吸收的光谱、谱线重叠少，干扰性小。五、方便简易，比较容易达到自动化操作：液体样品经过预处理通常可以自动进样，一般样品不用进行分开处理。现有的新型号的设备仪器的进样和测定的步骤可以全部自动化进行。六、试样用料少：试样用料少，可固定量用料采用石墨炉无火焰原子吸收法，每次测量只需要5~20微升的试液或者0.05~10毫克的固体样品。2.2主要仪器及试剂WFX-1308火焰原子吸收分光光度计燃料：乙炔，用钢瓶供给。光源：常用待测元素作为阴极的空心阴极灯。助燃气：用空气压缩器供给，空气进入助燃器前经过过滤器，可以去除空气中的水分及其他的杂质等。单色器：单色器的功能主要是从光源发射电磁辐射中分离出检测所需要的的电磁辐射，仪器设备要保证有足够且良好的光谱分辨率和在光谱带为0.2nm的宽度中正常进行工作，其中波长范围为190.0~900.0nm。检测系统：检测系统由检测器、信号处理和指示记录器构成，具有很高的灵敏度和较高的稳定性，能够及时发现信号的快速变化。火焰原子化器：原子化器由雾化器和燃烧灯头组成，功能主要是把样品溶液雾化成细小颗粒后和燃气混合，一起进入燃烧产生的火焰中，干燥蒸发后，离解待测样品，把待测金属元素转换为基态原子。火焰的是由不同气体混合，通常用到的是乙炔、空气火焰等，当然改变助燃气体和燃气的类别和比例也可以控制火焰的温度，从中得到更加稳定和灵敏度高得火焰。背景校正：在原子吸收分光光度分析中，背景干扰在测定过程中不可避免，所以在仪器设备的设计中尽可能将不利因素减小，常用到的背景校正方法有：在紫外区使用到的是氘灯的连续光源发、塞曼效应、自吸效应、非吸收线等。当然在检测过程中不可不免的干扰还可能出现在检测过程中的各个工作条件中比如：波长的设置、狭缝调节、原子化的条件等会对检测过程的灵敏度和稳定性带来干扰，所以在火焰原子吸收光度法中也可选择适当的测定谱线和狭缝，或者改变火焰的温度、加入络合剂或释放剂以及采用添加标准等不同方法进行屏蔽干扰。盐酸（1+1）：硝酸（1+1）：硫化钠：硫酸亚铁：1000ug/mL镉标准容液：称取纯度为（99.9%）的镉1.0000g放置于250毫升烧杯中，后加入（1+1）硝酸溶液20毫升，于电炉上加热溶解蒸发至近干状态。后加入5毫升盐酸溶液，加入纯水30毫升，加热溶解盐类物质，待冷却至=常温后移到1升容量瓶中，溶纯水稀释至刻度、摇匀即可。得到溶液浓度为每1毫升含镉1000微克。镉标准系列的配制：分别用移液枪移取0.00、0.20、0.40、0.60、0.80毫升镉标准溶液到100毫升容量瓶中，分别加入盐酸溶液（1+1）4毫升，用水稀释至刻度，摇匀。得到镉标准溶液系列含量为：0.00、2.00、4.00、6.00、8.00微克每毫升。1000ug/mL锰标准溶液：称取高纯度锰金属1.0000克，放置于250毫升烧杯中，加入硝酸溶液（1+1）20毫升，放置电炉上加热溶解至近干状态，后加入20毫升盐酸溶液。加热溶解盐类物质，冷却接近室温状态后移入100毫升容量瓶中，用纯水定容至刻度线，摇匀。得到溶液浓度为1毫升含有1000微克锰标准溶液。锰标准溶液系列的配制：分别用移液枪移取0.00、0.10、0.20、0.40、0.60毫升锰标准溶液于100毫升容量瓶中，加（1+1）盐酸4毫升，用纯水稀释到刻度线，摇匀。由此可得到的锰标准溶液浓度为：0.00、1.00、2.00、4.00、6.00微克每毫升。锌标准（甲）液：准确称取高纯度锌金属0.1000克，放置于250毫升烧杯中，加入盐酸溶液（1+1）20毫升，在低温状态下缓慢加热溶解，加热至近干状态，取下冷区至室温状态后加入5毫升盐酸，后加入纯水30毫升，煮沸溶解盐类物质，冷却后移入1000毫升容量瓶中，用纯水稀释至刻度，摇匀即可。得到的溶液浓度为每1毫升含100微克锌。锌标准（乙）液：分别用移液枪移取25毫升锌标准溶液（甲）液于100毫升容量瓶中，加入（1+1）盐酸溶液2毫升，用纯水定容至刻度，摇匀即可。得到溶液浓度为1毫升含25微克锌溶液。锌标准溶液系列配制：用移液枪分别移取2.00、4.00、6.00、8.00、10.00毫升锌标准溶液（乙）液于100毫升容量瓶中，加盐酸溶液（1+1）4毫升，用纯水稀释至刻度，摇匀。得到锌标准系列浓度含量分别为：0.00、.050、1.00、1.50、2.00、2.50微克每毫升。硝酸：GR盐酸以上实验用水均为普通蒸馏纯水。2.3仪器工作条件一般实验室用仪器。原子吸收分光光度用到的仪器辅助设备配备用的：乙炔-空气助燃器及所测元素的元素灯及其他必要的附件，仪器操作参数可参照厂家的说明进行选择，如表1所示。表1工作条件元素镉锰锌狭缝（mm）1.31.31.3灯电流（mA）444燃烧器高度（mm）557.5空气流量（L/min）151515乙炔流量（L/min）222表2分析线和火焰类型元素特征谱线波长nm火焰类型镉228.8锰279.5锌213.8乙炔-空气，氧化性乙炔-空气，氧化性乙炔-空气，氧化性表3镉标准溶液浓度一览表标准溶液浓度（ug/L）0.002.004.0068吸光度0.00030.36380.54140.64390.7161回归方程y=0.0072C+0.1141r=0.945122表4锰标准溶液浓度一览表标准溶液浓度（ug/L）01246吸光度0.00010.21940.35550.61210.8154回归方程y=0.1403C+0.0560r=0.991745表5锌标准溶液浓度一览表标准溶液浓度（ug/L）00.511.522.5吸光度0.00010.23370.43230.50250.66480.7385回归方程 Y=0.2850C+0.0704r=0.97078

3实验结果3.1有害元素的测定样品的测定结果表6测定样品的测定结果元素镉锰锌含量mg/L3.962322.6632226.4793上表测定出的数据表示：没处理前的废水中镉锰和锌的含量远远高出了国家废水的排放标准，如果这些未经处理过的废水排放到河里，将严重危害我们的环境。3.2治理加1摩尔每升硫酸钠5毫升,用（1+1）盐酸调pH=3后按测定条件表1、2、3测定出镉、锰、锌的含量及吸光度，结果如下表表7镉、锰、锌的含量及吸光度镉吸光度A0.01980.02010.0196浓度mg/L000锰吸光度A0.0120.01180.0116浓度mg/L000锌吸光度A0.07130.07080.0719浓度mg/L0.11720.11520.1195加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩尔每升硫酸亚铁,用100g/L氢氧化钠调pH=9，后用（1+1）盐酸调pH=3后按测定条件表1、2、3测得的镉含量及吸光度表：1镉浓度为：0.025摩尔每升吸光度A0.00260.00240.00180.0025浓度c(mg/L)-1.2789-1.281-1.2873-1.2799浓度为：0.010摩尔每升吸光度A0.00460.0040.00370.0033浓度c(mg/L)-1.2556-1.2612-1.2658-1.27浓度为：0.005摩尔每升吸光度A0.01050.00960.01010.0096浓度c(mg/L)-1.1882-1.1979-1.198-1.198浓度为0.003摩尔每升吸光度A0.00450.00420.00350.003浓度c(mg/L)-1.257-1.2603-1.2678-1.2736加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩尔每升硫酸亚铁,用100g/L氢氧化钠调pH=9，后用（1+1）盐酸调pH=3后按测定条件表1、2、3测得的锰含量及吸光度表：2锰浓度为：0.025摩尔每升吸光度A0.00720.00720.00570.0072浓度c(mg/L)-0.3475-0.3476-0.3456-0.3473浓度为：0.010摩尔每升吸光度A0.01210.01350.01390.0143浓度c(mg/L)-0.3124-0.3028-0.2996-0.2926浓度为：0.005摩尔每升吸光度A0.05340.05350.05380.0555浓度c(mg/L)-0.018-0.01177-0.0153-0.0031浓度为0.003摩尔每升吸光度A0.00320.00330.00370.0038浓度c(mg/L)-0.3332-0.3322-0.33-0.3291加入5毫升0.025、0.010、0.005、0.003摩尔每升硫酸亚铁,用100g/L氢氧化钠调pH=9，后用（1+1）盐酸调pH=3后按测定条件表1、2、3测得的锌含量及吸光度表：3锌浓度为：0.025摩尔每升吸光度A0.28040.28190.28210.2819浓度c(mg/L)0.73720.74210.74280.7424浓度为：0.010摩尔每升吸光度A0.20160.20230.20170.1857浓度c(mg/L)0.46060.46290.46090.4048浓度为：0.005摩尔每升吸光度A0.45370.45410.45420.4115浓度c(mg/L)1.34521.34641.34691.1972浓度为0.003摩尔每升吸光度A0.91650.91380.90810.9081浓度c(mg/L)2.96952.95962.93982.93984结论一、工业废水处理工艺基本要求（1）处理工业废水的设备主要体现在工艺技术的熟练程度、运转起来是否节能降排、整体工程的投资成本是否能让企业承担得起、工艺技术流程的完善程度等。（2）工艺要做到高效、稳定、具有一定的抗冲击能力，运行起来相对灵活简单合理运行。（3）处理废水的选用设备要与工厂相匹配，保养简单合理、使用年限符合企业要求，性能好。二、废水处理方法当前对于治理工业重金属污染危害的主要手段有三大类：第一个是物理化学修复方法；第二个是植物修复方法、第三个是生物修复方法（1）物理化学修复方法：简单来说就是运用物理方法将重金属污染物从水中利用物理的手段例如：离心分离、重力分离或者过筛分离法等，将污染物降低至符合排放的标准范围内。而化学则体现在：在污染物质中投放药剂从而使其发生化学反应比如：中和、氧化还原、混凝等；使超标的金属元素含量降低达到处理的目的，在化学处理的也体现在另一种方面利用：萃取、吸附、离子交换等将金属元素电渗出来，达到处理的最终目标。（2）植物修复方法：目前研究人员发现在自然界存在的某些植物能够吸收、降解、固定、转移、土壤水体中的重金属元素、从而达到降低甚至清除污染物达到治理环境的效果。（3）生物修复技术：微生物共存体系、微生物代谢作用等、能将水体中的污染物转化为稳定、无害的物质。微生物的不同作用下，可大致将其分为两大类：需氧生物处理和厌氧生物处理。在实际生产运用在，大部分运用的是需氧生物处理法，需要生物处理法它有很多的运作方式，根据处理不同的物质使用不同的设备，从而达到处理的效果。当然污水处理池在处理污水过程中有着重要的地位，由于部分工业污水中可能会含有有机物，当污水中的有机物不能及时处理时，会产生厌氧反应，会导致污水处理池底的污泥上浮，会影响沉淀池的正常运行，导