摘要

pH值和鉛離子初始濃度對Ca(OH)脫除Pb(II)的影響₂作為沉澱劑進行了研究。為了分析沉澱過程，研究了7個初始Pb(II)濃度(100、200、300、400、500和600 mg/L)和5個pH水平(3、5、7、9和11)。在罐體試驗裝置上進行了沉澱試驗。本研究是一種批處理方法涉及到Ca(OH)的混合₂與含Pb(II)的溶液發生成核和固體生長，並隨後通過過濾從溶液中分離固體(沉澱物)。分別對實際廢水和合成廢水進行了實驗。結果表明，隨著pH值和鉛初始濃度的增加，鉛的去除率提高。在去除實際廢水和合成廢水中的鉛離子方麵，高pH值比低pH值表現出更好的性能。在pH值為11時，對實際廢水和合成廢水的去除率分別為88%和95%。本研究結果表明，Ca(OH)的沉澱工藝₂是一種適用於去除pH值為9-11的工業廢水中鉛離子的有效技術。

關鍵字

鉛;工業廢水:重金屬:沉澱

簡介

工業廢水是與原材料加工和製造有關的人類活動所產生的廢水。當這些溪流中的潛在汙染物達到一定數量，對接收水體[1]造成不希望的改變時，就會發生水汙染。一些工業過程產生含有重金屬汙染物的廢水。常見的重金屬包括鉛、鎘、鉻、鎳、鋅和砷。重金屬會對環境和健康造成影響。也因為重金屬在水生環境中的高溶解度，這些汙染物可以被生物吸收。如果攝入的金屬超過了允許的濃度，就會導致嚴重的健康問題。由於大多數重金屬無法降解為無毒的最終產物，因此在排放到環境中之前，必須將其濃度降低到可接受的水平[2,3]。

鉛是一種重金屬，存在於許多行業的廢水中，包括顏料、染色、含鉛玻璃、油漆和蓄電池製造。這些工業的鉛濃度高於允許的排放水平。例如，蓄電池生產廢水中鉛的濃度可能在40.8 ~ 319.4 mg/L之間[4,5]。鉛被列入美國環境保護署(EPA)的可能致癌物質清單。鉛毒性的主要目標是成人和兒童的神經係統。在高水平的接觸下，鉛會嚴重損害大腦和腎髒。孕婦[6]接觸鉛會導致手指無力、血壓輕微升高、貧血和流產。世界衛生組織(世衛組織)建議，飲用水[7]中可接受的最高濃度為0.05毫克/升。

因此，含鉛廢水在排放到環境前必須進行精煉處理。許多物理和化學過程，包括吸附[8]，電滲析[9]，絮凝[10]，離子浮選[11]和離子交換[12]已被應用於去除工業廢水中的鉛。

沉澱法是去除重金屬和其他汙染物的常用處理方法之一。所有帶正電荷和負電荷的離子都可以通過沉澱法從廢水中去除。

最常見的沉澱過程有氫氧根沉澱、碳酸鹽沉澱和硫化物沉澱三種。在氫氧根沉澱過程中，氫氧根來源包括CaO、Ca(OH)₂毫克(哦)₂，和NH₄OH可用於去除廢水[13]中的重金屬陽離子。金屬沉澱為氫氧根，如式1所示:

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

氫氧根沉澱法的優點是無需預處理就能去除金屬整理廢水中存在的許多汙染物參數。該工藝在環境條件下運行，操作簡單，適合自動控製。該工藝最重要的優點是成本低。

為了通過沉澱法去除重金屬，必須達到最佳的條件。本研究的目的和重點是確定pH值和Pb (II)初始濃度對鉛脫除效率的影響，並確定Ca(OH)脫除Pb (II)的最佳條件。₂．

材料與方法

降水理論

一般來說，析出過程有兩個階段——第一個成核階段和第二個粒子生長階段。成核是指小粒子之間的相互粘附，而粒子的生長則是指通過在粒子結構中加入更多的原子而使原子核增大。在成核過程中，發生了快速固相形成。在第二步，小顆粒在懸浮液中發生團聚形成較大的團聚體。在成核過程中，微小的固體團塊形成，這些團塊或核開始結晶過程。在氫氧根沉澱過程中，氫氧根離子與鉛離子反應生成氫氧根鉛沉澱，如式2所示:

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

在沉澱過程中，金屬的pH值和初始濃度直接影響去除效率。金屬氫氧化物的溶解度如圖1所示。如圖1所示，大多數金屬在pH值9到11範圍內的溶解度是最小的。然而，準確選擇操作條件(如pH值)是必要的。因為不同行業的廢水具有不同的性質，其中含有複雜的汙染物。因此，本研究的重點是確定從電池工業廢水中去除鉛的最佳條件。

圖1:氫氧根金屬的溶解度

溶液的製備

本研究中使用的所有材料均為分析級，並從默克公司購買。稱取1.615克硝酸鉛(Pb(NO_3.）₂)稀釋至1000毫升體積。Pb(不_3.）₂是一種無色粉末，可溶於水。硝酸鉛在水中的密度和溶解度為4.53 g/cm^3.和52 g/100 mL在20°C。通過稀釋原液，製備了所需濃度的Pb(II)溶液。

樣本的收集

真正的廢水樣本來自位於伊朗伊斯法罕的SEPAHAN電池公司。在取樣前，用蒸餾水清洗樣品瓶，以去除可能的汙染物。為了防止樣品水解，在樣品上滴了幾滴硝酸。

沉澱實驗

沉澱實驗是用包括5個2000毫升的罐子的罐子測試設備進行的。實驗采用合成廢水和實際電池工業廢水進行。實際廢水中鉛的濃度為8.8 mg/L。沉澱實驗以1對1摩爾的比例進行[即1摩爾的OH]^-每摩爾的Pb(II)]。

通過測定100、200、300、400、500和600 mg/L時的去除效率，評估初始濃度對去除效率的影響。此外，為了評估pH值對除鉛效率的影響，在pH值從3到11的不同條件下進行了沉澱實驗。pH值調整使用1M NaOH和HCl。在所有的實驗中，混合過程分兩步進行。在第一階段，以100轉/分的轉速進行2分鍾的混合。為了完成結晶過程，在第二階段將混合速度降低到30轉，混合時間增加到10分鍾。為了沉澱，樣品保持靜止15分鍾。然後從每個罐子中收集50毫升上清液，通過過濾器。Whatman NO.45過濾器用於去除沉澱。在所有的實驗中，使用了一升的樣品。

用原子吸收分光光度計定量測定鉛離子的初始濃度和最終濃度。用2.5、5和10 mg/L的Pb(II)標準溶液繪製校準曲線。去除效率的計算公式如下:

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

其中R為百分數(%)的去除效率。C₀Pb(II)和C的初始濃度是多少₁為沉澱實驗後的濃度，濾池上清通過後的濃度，單位為mg/L。

結果與討論

溶液pH值的影響

pH值是化學沉澱法、吸附法、生物法等多種方法去除重金屬的主要因素。本研究發現，隨著pH值的增加，除鉛效率增加。Pb(II)去除率隨pH值變化的函數如圖2所示，並清楚地表明低pH值對廢水中鉛離子的去除是無效的。

圖2與合成廢水有關的圖表。而合成廢水中去除鉛離子的最佳條件是pH值為9 ~ 11，因此在實際廢水中進行了上述pH值的實驗。結果表明，該工藝對實際廢水的去除率很高，可達95%左右。

圖2:pH和初始濃度對去除率(a) 100 mg/L、(b) 200 mg/L、(c) 300 mg/L、(d) 400 mg/L、(e) 500 mg/L、(f) 600 mg/L的影響

所得結果用SPSS軟件進行t檢驗。分析結果表明，pH值為3時的去除率與pH值為7、9和11時的去除率差異顯著(p-value<0.05)。pH值3與pH值5的去除率差異不顯著(p-value>0.05)。

在濃度的情況下，未觀察到100和200 mg/L的去除效率有顯著差異。而100mg /L的Pb(II)去除率與400、500 mg/L的Pb(II)去除率有顯著差異。

從圖(a)可以看出，pH值5時的去除率低於pH值3時的去除率。似乎pH值5下去除率(約3%)的微小降低與pH值5下形成的較小晶體和該pH值下鉛離子去除率較低無關。由於這一降低非常低，因此這一現象可能與用於去除上清沉澱劑的紙過濾器的測量誤差和質量有關。在(c)和(f)圖中也有類似的情況。在這些情況下，去除效率的降低與相同的概率有關。可以肯定的是，在pH值為9到11的範圍內，氫氧化鉛的溶解度是最小的，在這些pH值範圍內的去除效率是最高的。

圖中的誤差柱表示每種濃度的去除率的平均值和標準差。總體上，隨著溶液pH的增加，Pb(II)的去除效率增加。如初始濃度為300 mg/L, pH為3時，Pb(II)去除率約為21%，pH為11時去除率為75.5%。當濃度為200 mg/L時，pH為3 ~ 11時，Pb(II)的去除率由26.5%變為79.7%。

從圖2可以看出，在初始濃度為200 mg/L時，將pH從11降低到3，去除率降低約3倍。當初始濃度為400 mg/L時，也可以觀察到類似的情況。當pH值為5 ~ 9時，去除率分別從56.3提高到75.5%。從圖1中可以看出，9-11值的除鉛效率非常接近。在高pH下，較高的去除率與高濃度的OH有關^-離子在溶液中。這些離子與Pb(II)離子發生反應，將Pb(II)離子轉化為不溶沉澱物，將鉛離子從溶液中脫除。

在濃度為500 mg/L時，pH增加8個單位，去除率提高2倍。pH值為11時，對實際廢水和合成廢水的最大去除率分別為95%和88%。

之前的研究證實了這些結果。在一項研究中，Mahmood m. broti等人研究了CaO和MgO的化學沉澱法去除鐵、鉻、銅、鉛、鎳和鎘。在本研究中，鉛的去除率在pH為6和10時分別為20%和55%。

在另一項研究中，Peters和Ku[16]研究了鎳、鋅和鎘的沉澱。本研究結果表明，在較高的pH值下，成核速率和析出相尺寸增大。

初始濃度效應

鉛的初始濃度對去除率的影響與pH值相似。從本研究的結果可以看出，隨著樣品中鉛離子初始濃度的增加，Pb(II)的去除效率增加。

從圖1可以看出，在pH為11的條件下，對600和300 mg/L Pb(II)的去除率分別為75.5%和88.8%。高濃度下的高去除效率似乎與形成更多更大的沉澱物以及這些固體團聚在一起有關。

當pH值為11，初始鉛濃度為600 mg/L時，對合成廢水的除鉛效率最高，達到88.8%。但在相同pH值下，實際廢水的去除率明顯高於合成廢水，達到95%。實際廢水中鉛的濃度低於合成廢水，預期去除效率較低。在實際的廢水中，存在著離子的絡合物。這些離子在沉澱過程中通常會相互競爭，從而降低實際廢水中Pb(II)的去除效率。但需要注意的是，真實廢水中的雜質和離子可以幫助沉澱相混凝，增大顆粒尺寸，形成較大的團聚塊。因此在實際廢水中，我們可以用較少的沉澱物質達到較高的去除效率。

在Charerntanyarak L[17]進行的一項研究中，也得到了類似的結果。本研究采用含鋅、鎘、錳、鎂的合成廢水。結果表明，石灰法化學混凝沉澱的最佳pH值大於9.5。他報告說，當聚合物添加到溶液中，去除效率提高。

結論

氫氧化鈣(Ca(OH))₂)是一種去除合成廢水和實際廢水中Pb(II)的有效且成本相對較低的沉澱劑。結果表明，初始濃度和pH對Pb(II)的去除效果影響較大，對實際廢水和合成廢水的最佳去除效果為pH 9 ~ 11。結果表明，隨著初始鉛(II)濃度和ph值的增加，除鉛效率提高。氫氧沉澱法對廢水中鉛(II)離子的去除效果較好，特別是在實際廢水中。Ca(OH)對實際廢水和合成廢水的最大除鉛效率₂pH值為11時，分別為95%和88%。結果表明，碳酸鈣作為沉澱劑可有效去除pH值為9 ~ 11的工業廢水中的鉛離子。為了獲得更高的去除效率，應增加石灰的用量。

致謝

作者要對SEPAHAN電池公司提供的樣品表示最衷心的感謝。提交人還要感謝沙赫勒科德醫科大學的研究支持。

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條信息

文章類型:研究文章

引用:Karimi H (2017) pH值和初始pb(II)濃度對Ca(OH)去除工業廢水中鉛效率的影響₂．國際J水廢水處理3(2):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.139

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出版的曆史:

收到日期:3月22日

接受日期:4月15日2017

發表日期:4月19日