摘要

pH和初始浓度对Ca(OH)去除Pb(II)的影响₂作为沉淀剂进行了研究。为了分析沉淀过程，研究了7种初始Pb浓度(100、200、300、400、500和600 mg/L)和5种pH水平(3、5、7、9和11)的沉淀过程。采用瓶形试验装置进行了沉淀试验。这项研究是一种批处理方法，涉及到Ca(OH)的混合₂与含Pb(II)的溶液发生成核和固体生长，随后通过过滤将固体(沉淀)从溶液中分离出来。对实际废水和合成废水进行了试验。结果表明，随着pH和铅初始浓度的增加，铅的去除率有所提高。高pH水平对实际废水和合成废水中铅离子的去除效果均优于低pH水平。在pH为11时，实际废水和合成废水的最高去除率分别为88%和95%。本研究结果表明，Ca(OH)沉淀工艺₂在pH值为9-11范围内去除工业废水中铅离子是一种合适而有效的技术。

关键字

铅;工业废水:重金属:沉淀

介绍

工业废水是与原材料加工和制造有关的人类活动产生的废水。当这些河流中的潜在污染物达到一定数量时，就会造成接收水体的不希望的变化。一些工业过程会产生含有重金属污染物的废水。常见的重金属包括铅、镉、铬、镍、锌和砷。重金属会对环境和健康造成影响。也因为重金属在水环境中的高溶解度，这些污染物可以被生物吸收。如果摄入的金属超过了允许的浓度，就会导致严重的健康问题。由于大多数重金属不能降解成无毒的最终产品，在排放到环境中之前必须将其浓度降低到可接受的水平[2,3]。

铅是存在于许多工业废水中的重金属之一，包括颜料、染色、含铅玻璃、油漆和蓄电池制造。这些行业的铅浓度高于允许的排放水平。例如，蓄电池生产过程中产生的废水中铅的浓度可能在40.8 - 319.4 mg/L之间[4,5]。铅被列入美国环境保护署(EPA)的可能致癌物清单。铅毒性的主要目标是神经系统，成人和儿童都是如此。在高水平的接触下，铅会严重损害大脑和肾脏。孕妇接触铅会导致手指无力、血压轻微升高、贫血和流产。世界卫生组织(WHO)建议饮用水中可接受的最高浓度为0.05 mg/L。

因此，有必要将含铅废水提纯后排放到环境中。采用吸附[8]、电透[9]、絮凝[10]、离子浮选[11]、离子交换[12]等多种物理化学方法对工业废水中的铅进行了脱除。

沉淀法是去除重金属等污染物的常用处理方法之一。所有带正电荷和负电荷的离子都可以通过沉淀法从废水中去除。

最常见的沉淀过程有三种类型:氢氧化物沉淀、碳酸盐沉淀和硫化物沉淀。在氢氧沉淀中，氢氧源包括CaO, Ca(OH)₂毫克(哦)₂, NH₄OH可用于废水中重金属离子的去除。金属沉淀为氢氧根，如式1所示:

\ [{M ^ {2 +}} + O {H ^ -} \ {\ rm{}}米{左({哦}\右)_2 \}\]

氢氧沉淀的优点是可以在不经过预处理的情况下去除金属整理废水中存在的许多污染物参数。该工艺在常温条件下操作，操作简单，适合自动控制。该工艺最重要的优点是成本低。

为了用沉淀法去除重金属，需要达到最优条件。本研究的目的和重点是确定pH和初始浓度对Pb (II)去除效率的影响，并确定Ca(OH)去除Pb (II)的最佳条件。₂．

材料和方法

降水理论

一般来说，沉淀过程有两个阶段-第一个成核和第二个粒子生长。成核包括小粒子彼此的粘附，粒子的生长包括通过在粒子结构中加入更多的原子而扩大核。在成核过程中，快速形成固体。在第二步中，悬浮颗粒发生团聚，形成较大的团聚体。在成核过程中，微小的固体团块形成，这些团块或核由此开始结晶过程。在氢氧根沉淀过程中，氢氧根离子与铅离子反应生成氢氧根沉淀，如式2:

\ [P {b ^ {2 +}} + O {H ^ -} \ {\ rm {}} Pb{\离开({哦}\右)_ {^ 2}}\]

在沉淀过程中，金属的pH值和初始浓度直接影响去除效率。金属氢氧化物的溶解度如图1所示。如图1所示，大多数金属在pH值为9到11范围内的溶解度是最小的。然而，准确选择操作条件(如pH值)是必要的。因为从一个行业到另一个行业的废水具有变化的性质，其中含有复杂的污染物。因此，本研究的重点是确定电池工业废水中铅的最佳去除条件。

图1:氢氧化金属溶解度

准备的解决方案

本研究使用的所有材料均为分析级，并购自默克公司。将1.615克硝酸铅(Pb(NO .))称量制备Pb(II)原液_3.）₂)，稀释至1000毫升。Pb(不_3.）₂本品为无色粉末，可溶于水。硝酸铅在水中的密度和溶解度为4.53 g/cm^3.和52 g/100 mL在20°C。通过稀释原溶液，制备出所需浓度的Pb(II)溶液。

收集的样本

真正的废水样本是从位于伊朗伊斯法罕的SEPAHAN电池公司收集的。取样前，用蒸馏水清洗样品瓶，以去除可能的污染物。为防止样品水解，在样品上滴几滴硝酸。

沉淀实验

沉淀实验是使用由5个2000ml罐子组成的罐子测试设备进行的。实验分别以合成废水和电池工业实际废水进行。实际废水中铅的浓度为8.8 mg/L。沉淀实验是在1对1摩尔比中进行的[即，一摩尔OH]^-每摩尔Pb(II)]。

通过测定初始浓度为100、200、300、400、500和600 mg/L时的去除率来评价初始浓度对去除率的影响。为了评价pH对铅去除效率的影响，在3 ~ 11的pH范围内进行了沉淀实验。使用1M NaOH和HCl进行pH调节。所有的实验都是分两步进行的。在第一阶段，以100转/分的速度进行2分钟的混合。为了完成结晶过程，第二阶段的混合速度降低到30 rpm，混合时间增加到10 min。为了沉淀，样品保持静止15分钟。然后从每个瓶中收集50 ml上清，通过过滤器。使用Whatman NO.45过滤器去除沉淀。在所有的实验中，使用了一公升的样品。

用原子吸收分光光度计定量测定了铅离子的初始浓度和最终浓度。使用2.5、5和10 mg/L的Pb(II)标准溶液绘制校准曲线。去除效率的计算公式为:

\ [R {\ rm{}} = \压裂{{{C_0} {\ rm {}} - {c₁}}}{{{C_0}}} \乘以100 \]

式中R为1%(%)的去除率。C₀Pb(II)和C的初始浓度是多少₁为沉淀实验后的浓度和过滤上清液通过时的浓度，为mg/L。

结果与讨论

溶液pH的影响

pH值是化学沉淀法、吸附法、生物法等多种方法去除重金属的主要因素。在本研究中，我们发现随着pH的增加，铅的去除效率也会增加。Pb(II)的去除效率随pH的变化如图2所示，这清楚地表明低pH水平对废水中的铅离子去除无效。

图2中的图形与合成废水有关。在pH为9 ~ 11的条件下，获得了合成废水中铅离子的最佳去除条件，并对实际废水进行了pH去除试验。结果表明，该方法对实际废水的去除率很高，达到95%左右。

图2:pH和初始浓度对去除率的影响(a) 100 mg/L、(b) 200 mg/L、(c) 300 mg/L、(d) 400 mg/L、(e) 500 mg/L、(f) 600 mg/L

所得结果在SPSS软件中进行t检验。分析结果表明，pH为3时的去除率与pH为7、9、11时的去除率差异显著(p值<0.05)。然而，pH 3和pH 5的去除率差异不显著(p值>0.05)。

在浓度的情况下，100和200 mg/L的去除率没有观察到显著差异。而对100 mg/L的Pb(II)去除率与400和500 mg/L的去除率存在显著差异。

由图(a)可以看出，pH 5时的去除率低于pH 3时的去除率。似乎在pH 5下，铅离子的去除效率(约3%)的微小降低与pH 5下更小的晶体形成和较低的铅离子去除无关。由于这种降低很低，因此，这种现象可能与测量误差和用于去除上清液中沉淀的纸过滤器的质量有关。在(c)和(f)图中也有类似的情况。在这些情况下，清除效率的降低与相同的概率有关。可以肯定的是，氢氧化铅在pH值9至11范围内的溶解度最小，在这些pH值中达到最高的去除率。

图中的误差柱表示每个浓度的去除效率的平均值和标准偏差。总体而言，Pb(II)去除率随溶液pH值的增大而增大。以初始浓度为300 mg/L、pH为3为例，Pb(II)去除率约为21%，pH为11时Pb(II)去除率为75.5%。当浓度为200 mg/L时，pH为3 ~ 11时，Pb(II)的去除率由26.5%提高到79.7%。

由图2可以看出，初始浓度为200 mg/L时，pH由11降低到3，去除率降低了3倍左右。初始浓度为400 mg/L时，也可以观察到类似的情况。当pH值为5 ~ 9时，去除率分别由56.3%提高到75.5%。由图1可以看出，9-11值的铅去除效率非常接近。在高pH条件下，较高的去除效率与高浓度的OH有关^-离子在溶液中。这些离子与Pb(II)离子反应，将其转化为不溶性沉淀物，并从溶液中去除铅离子。

在浓度为500 mg/L时，pH增加8个单位，去除率提高2倍。在pH为11时，对实际废水和合成废水的最大去除率分别为95%和88%。

之前的研究证实了这些结果。在一项研究中，Mahmood m. broti et al.[15]对CaO和MgO化学沉淀法去除铁、铬、铜、铅、镍和镉进行了研究。在本研究中，pH为6和10时的铅去除效率分别为20%和55%。

在另一项研究中，Peters和Ku[16]研究了镍、锌和镉的沉淀。根据本研究的结果，在较高的pH值下，成核速率和析出相尺寸增大。

初始浓度效应

铅的初始浓度与pH对去除率的影响相似。从本研究的结果可以看出，随着样品中铅离子初始浓度的增加，对Pb(II)的去除率增加。

由图1可知，在pH为11的条件下，600和300 mg/L Pb(II)的去除率分别为75.5%和88.8%。似乎在更高的浓度下，更高的去除效率与形成更多和更大的沉淀物和这些固体聚集在一起有关。

在pH为11、初始铅浓度为600 mg/L时，合成废水的除铅效率最高，相当于88.8%。但在相同pH值下，实际废水的去除率明显高于相当于95%的合成废水。实际废水中铅的浓度低于合成废水，预计去除效率较低。在实际的废水中，存在一种离子络合物。这些离子在沉淀过程中会相互竞争，从而降低实际废水中Pb(II)的去除效率。但需要注意的是，实际废水中的杂质和离子会帮助沉淀混凝，增大颗粒尺寸，形成更大的团聚体。因此，在实际废水中，我们可以用较少的沉淀物质达到较高的去除效率。

Charerntanyarak L[17]进行的一项研究也得到了类似的结果。本研究以含锌、镉、锰、镁的合成废水为研究对象。研究结果表明，化学混凝与石灰沉淀的最佳pH值大于9.5。他报告说，当聚合物加入溶液时，去除率增加。

结论

氢氧化钙(Ca(哦)₂)是一种去除合成及实际废水中Pb(II)的有效且成本相对较低的沉淀剂。结果表明，初始浓度和pH对Pb(II)去除率影响较大，实际废水和合成废水的最佳去除率为pH 9 ~ 11。随着初始Pb(II)浓度和ph值的增加，铅的去除率增加。使用Ca(OH)对实际废水和合成废水的最大铅去除效率₂pH为11时，分别为95和88%。实验结果表明，碳酸钙作为沉淀剂可有效去除pH值为9 ~ 11的工业废水中的铅离子。为了获得更高的去除率，应增加石灰的用量。

致谢

作者对SEPAHAN电池公司提供的样品表示最衷心的感谢。作者还想感谢Shahrekord医科大学提供的研究支持。

参考文献

1. 吴文俊(2006)工业废水处理。伦敦:帝国学院出版社。［Ref。］
2. MAO Badmus, Audu TOK, Anyata BU(2007)利用双氧水去除工业废水中的重金属。非洲生物技术6:238-242。［Ref。］
3. (2011)工业废水中重金属去除的新趋势。阿拉伯J化学4:361-377。［Ref。］
4. 陈志强(1985)工业废水处理技术。［Ref。］
5. Ramos RL, Jacome LB, Barron JM, Rubio LF, Coronado RG(2002)从水溶液中吸附锌(II)到活性炭。J危害物质90:27-38。［Ref。］
6. 有毒物质和疾病登记处(2007年)铅毒理学概况。美国有毒物质。［Ref。］
7. 利用生物材料去除工业废水中的铅离子——一种新方法。Bull Chem Soc Ethiop 19: 289-294。［Ref。］
8. (2010)棕榈壳活性炭对合成半导体工业废水中铜、镍、铅离子的吸附研究。国际环境科学学报7:751-758。［Ref。］
9. Mohammadi T, Razmi A, Sadrzadeh M (2004^２＋用电渗析法从废水中分离。海水淡化167:379 - 385。［Ref。］
10. 韩金平，吕宁，黄志强(2006)利用聚电解质絮凝剂强化腐殖酸对重金属离子的去除。分离纯化技术51:48-56。［Ref。］
11. (in english)袁新志，孟yt，曾根明，方云云，石建刚(2008)茶叶生物表面活性剂对稀废水中重金属离子的离子浮选去除效果评价。胶体冲浪317:256 - 261。［Ref。］
12. Dabrowski A, Hubicki Z, Podkościelny P, Robens E(2004)离子交换法选择性去除水中和工业废水中的重金属离子。臭氧层56:91 - 106。［Ref。］
13. Blais JF, Djedidi Z, Cheikh RB, Tyagi RD, Mercier G(2008)废水中的金属沉淀:综述。危险、有毒和放射性废物管理实践期刊12:135 -149。［Ref。］
14. Wang LK, Hung YT, Lo HH, and Yapijakis C(2004)《工业及危险废物处理手册》。CRC出版社。［Ref。］
15. BrbootI MM, AbiD BA, Al-ShuwaikI NM(2011)利用化学沉淀法去除重金属。工程技术J 29: 595-612。［Ref。］
16. Peters RW, KuY(1984)硫化物沉淀法去除重金属的分批沉淀法研究。重金属和其他痕量污染物的分离，休斯顿，德克萨斯，费城，宾夕法尼亚，旧金山，9-27。
17. 陈志强(1999)化学混凝沉淀法去除重金属。水科学技术39:135-138。［Ref。］

在此下载临时PDF

条信息

文章类型:研究文章

引用:Karimi H (2017) pH和初始pb(II)浓度对Ca(OH)去除工业废水中铅的影响₂．国际给水排水3(2):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.139

版权:©2017 Karimi H，这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可协议发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。

出版的历史:

收到日期:2017年3月22日

接受日期:2017年4月15日

发表日期:2017年4月19日