水滑石法去除廢水中硫酸根離子試驗研究

張 潤

（衡水學院 河北 衡水 053000）

近年來，自然環境不斷變化，人類活動不斷增多，根據環境部門反饋的情況，造成水體污染的主要原因是工業生產和城鎮生活排污。其中，在天然水域和工業廢水中普遍存在的硫酸根離子，是主要的污染物質，在冶金、醫藥、印染、食品和化工等行業都有著較多的排出量，且濃度都比較高[1]，造成水體pH值較低。而硫酸根離子會在含氫離子濃度較高的條件下，與水中的重金屬離子反應，形成對人體危害較大的物質，因此，在實際工業生產過程中，產生的高濃度硫酸根離子廢水一定要經過相應的處理，才能夠對外排放。如今，許多城市的水環境都受到了不同程度的硫酸鹽污染，而且面臨加重的趨勢。世界衛生組織有明確規定，飲用水中的硫酸根離子濃度應低于500mg/L，否則飲用者會產生腹瀉等身體不適癥狀[2]。

有研究報道[3]稱，水滑石是由共沉淀法制得的，即金屬鹽堿混合反應。這個過程是把金屬鹽溶液、堿金屬氫氧化物溶液這2種物質混合，使它們發生反應，生成水滑石類物質。通過這個方法，我們可以制得多種類型的水滑石。王海鷹[4]等人在采用復鹽法去除工業廢水中硫酸根離子的過程中，采用硝酸鋁作為水合鋁鹽，使其與Ca2+、SO42-發生反應。Gibson[5]通過試驗發現，在氫離子濃度很高時，氫氧化鎂是很好的廢水調節劑，可以有效調節廢水的pH值。Scherzbeng[6]研究了在處理工業廢水中 Cu2+、Fe2+、Cr2+、Pb2+等離子時，氫氧化鎂所起到的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗藥品。蒸餾水、無水硫酸鈉、無水碳酸鈉、氫氧化鎂、水合硝酸鋁、氯化鋇、鹽酸、氨水、硝酸、硝酸銀。

1.2 試驗儀器。燒杯、容量瓶、錐形瓶、玻璃棒、量筒、烘箱、分析天平、水浴鍋、馬弗爐、抽濾機、0.45 μm濾膜、慢速定量濾紙、30 ml坩堝、pH計。

1.3 試驗方法。本次試驗選擇的是重量法。向投加藥劑，過濾后的上清液中投加氯化鋇，過濾沉淀，稱重，通過公式C=m/V計算得到硫酸根離子的去除率。

1.4 試驗準備

1.4.1 模擬廢水。稱取2g無水硫酸鈉，放置在250ml的干凈燒杯中，加入蒸餾水攪拌，然后轉至1 000 ml的容量瓶中定容，備用。配制溶液的濃度為2 g/L。

1.4.2 BaCl2溶液。稱取100mg氯化鋇，放置在250ml的干凈燒杯中，再加入蒸餾水攪拌，然后轉至1000ml的容量瓶中定容，備用。配制溶液的濃度為100mg/L。

1.4.3 AgNO3溶液。稱取0.34g硝酸銀，放置在100ml的干凈燒杯中，再加入0.2 ml的硝酸溶液，加入蒸餾水進行攪拌，然后轉至200 ml的容量瓶中定容，放置在棕色試劑瓶中備用。配制溶液的濃度為0.1 mol/L。

2 試驗數據處理及分析

2.1 氫氧化鎂投加量的確定

2.1.1 處理方法。各取50 ml模擬廢水，在加入水合硝酸鋁5.6 g、溫度25℃、反應時間120 min的條件下，分別加入氫氧化鎂0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g和3.0 g使之反應，反應結束后取上清液，經0.45 μm濾膜過濾，加蒸餾水至200 ml煮沸20 min，緩慢加入熱BaCl2溶液，直至不再產生沉淀，靜置過夜。第2 d，稱重已干燥的定量濾紙、蒸發皿和坩堝。過濾沉淀，用熱水少量多次洗滌沉淀，直至用硝酸銀溶液檢測不出沉淀為止，以此證明不含有多余的Cl-，再利用抽濾機過濾上清液，使沉淀都存留在濾紙上，這時，把過濾沉淀的濾紙放進已經烘干的蒸發皿，再放進烘箱，設置溫度為105℃，烘干1 h，取出后，放入干燥器冷卻，稱重，把濾紙放到坩堝里，放進馬弗爐，馬弗爐設置溫度為850℃，灼燒30 min，取出后，放進干燥器直到冷卻，取出稱重，再計算得到SO42-的去除率。

2.1.2 數據分析。由表1可知，在加入水合硝酸鋁5.6 g，溫度25℃，反應時間為120 min的條件下，當氫氧化鎂投加量低于1.5 g時，SO42-的去除率是隨著氫氧化鎂投加量的增加而升高的，且上升趨勢明顯；當投加量為1.5 g時，SO42-的去除率為90.18%，隨著氫氧化鎂的投加量繼續增加，SO42-去除率變化不再明顯。由此確定，氫氧化鎂的最佳投加量為1.5 g。

2.2 水合硝酸鋁投加量的確定

2.2.1 處理方法。分別取50 ml模擬廢水，在添加氫氧化鎂1.5 g、溫度25℃、反應時間120 min的條件下，分別加入水合硝酸鋁2.8 g、3.5 g、4.2 g、4.9 g、5.6 g和6.3 g使之反應，反應結束后取上清液，經0.45 μm濾膜過濾，加蒸餾水至200 ml，加熱煮沸20 min，緩慢加入熱BaCl2溶液，直至不再產生沉淀，靜置過夜。第2 d，稱重已干燥的定量濾紙、蒸發皿和坩堝。過濾沉淀，用熱水少量多次洗滌沉淀，直至用硝酸銀溶液檢測不出沉淀為止，以此證明不含有多余的Cl-，再利用抽濾機過濾上清液，使沉淀都存留在濾紙上，這時，把過濾沉淀的濾紙放進已經烘干的蒸發皿，再放進烘箱，設置溫度為105℃，烘干1 h，取出后，放入干燥器冷卻，稱重，再把濾紙放到坩堝里，放進馬弗爐，馬弗爐設置溫度為850℃，灼燒30 min，取出后，放進干燥器直到冷卻，取出稱重，再計算得到SO42-的去除率。

2.2.2 數據分析。由表2可知，在加入氫氧化鎂1.5g、溫度25℃，反應時間120 min的條件下，當水合硝酸鋁投加量低于4.9 g時，SO42-的去除率是隨著水合硝酸鋁投加量的增加而升高的，且上升趨勢明顯；當水合硝酸鋁的投加量為4.9 g時，SO42-去除率90.87%，而投加量繼續增大，SO42-的去除率變化不太明顯。由此確定，水合硝酸鋁的最佳投加量為4.9 g。

2.3 溫度對SO42-去除率的影響

2.3.1 處理方法。分別取50 ml模擬廢水，在加入水合硝酸鋁4.9 g、氫氧化鎂1.5 g、反應時間120 min的條件下，利用水浴鍋給溶液加熱，使反應溫度分別為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，反應結束后取上清液，經0.45 μm濾膜過濾，加蒸餾水至200 ml，加熱煮沸20 min，緩慢加入熱BaCl2溶液，直至不再產生沉淀，靜置過夜。第2 d，稱重已干燥的定量濾紙、蒸發皿和坩堝。過濾沉淀，用熱水少量多次洗滌沉淀，直至用硝酸銀溶液檢測不出沉淀為止，以此證明不含有多余的Cl-，再利用抽濾機過濾上清液，使沉淀都存留在濾紙上，這時，把過濾沉淀的濾紙放進已經烘干的蒸發皿中，再放進烘箱，設置溫度為105℃，烘干1 h，取出后，放入干燥器冷卻，稱重，再把濾紙放到坩堝里，放進馬弗爐，馬弗爐設置溫度為850℃，灼燒30 min，取出后，放進干燥器直到冷卻，取出稱重，再計算得到SO42-的去除率。

表1 氫氧化鎂投加量對SO42-去除率的影響

表2 水合硝酸鋁投加量對SO42-去除率的影響

表3 溫度對SO42-去除率的影響

2.3.2 數據分析。由表3可知，在加入氫氧化鎂1.5g、水合硝酸鋁4.9 g、反應時間120 min的條件下，溫度對SO42-的去除率影響，實驗正常進行時的環境溫度為25℃，在設計的溫度梯度變化過程中，可以發現SO42-的去除率變化并不顯著，所以，溫度并不是影響SO42-去除率的主要因素。出于處理效果和經濟因素的考慮，確定試驗的溫度為正常室溫(25℃)即可。

2.4 反應時間對SO42-去除率的影響

2.4.1 處理方法。各取50 ml模擬廢水，在加入水合硝酸鋁4.9 g、氫氧化鎂1.5 g、溫度25℃的條件下，分別反應 20 min、30 min、40 min、50 min、60 min和70 min，反應結束后取上清液，經0.45 μm濾膜過濾，加蒸餾水至200 ml，加熱煮沸20 min，緩慢加入熱BaCl2溶液，直至不再產生沉淀，靜置過夜。第2d，稱重已干燥的定量濾紙、蒸發皿和坩堝。過濾沉淀，用熱水少量多次洗滌沉淀，直至用硝酸銀溶液檢測不出沉淀為止，以此證明不含有多余的Cl-，再利用抽濾機過濾上清液，使沉淀都存留在濾紙上，這時，把過濾沉淀的濾紙放進已經烘干的蒸發皿，再一起放進烘箱，在105℃恒溫下，烘干1 h，取出后，放入干燥器冷卻，稱重，再把濾紙放到坩堝里，放進馬弗爐，在850℃高溫下，灼燒30 min，取出后，放進干燥器直到冷卻，取出稱重，再計算得到SO42-的去除率。

2.4.2 數據分析。由表4可知，在加入氫氧化鎂1.5g、水合硝酸鋁4.9 g、溫度為25℃的條件下，在反應時間達不到40 min時，SO42-的去除率是隨時間的加長而升高；當反應時間為40 min時，沉淀過程基本完成，SO42-的去除率90.31%，當反應時間超過40 min，SO42-去除率變化不明顯。因此，反應時間應保持在40 min，這樣既能節約時間，又可以保證沉淀過程基本完全。

表4 反應時間對SO42-去除率的影響

3 結論與討論

對試驗數據進行處理、分析，氫氧化鎂和水合硝酸鋁共沉淀法去除模擬廢水中硫酸根離子的效果顯著，去除率達到90%以上，可以考慮應用于實際工業廢水的處理工藝中。同時，共沉淀實驗的產物—水滑石，也可以應用于其他的反應，也是另一種方式的變廢為寶。本次試驗得到結論：在取50 ml濃度為2 g/L的硫酸根離子廢水的情況下，氫氧化鎂和水合硝酸鋁最佳投加量分別為1.5 g、4.9 g；最佳反應時間40 min，反應溫度為室溫，此時硫酸根離子去除率達到90.31%。該最佳條件組合在實際運用過程中也比較容易實現，對實際處理高濃度硫酸根離子廢水有一定的現實意義。