【摘要】铬是环境中的主要污染物，含铬废水若不进行有效处理，将对环境和人体造成很大的危害。处理含铬废水的方法有很多，本文主要介绍化学还原沉淀法处理含铬废水。结合实验，研究了原液pH值、还原剂用量对铬离子还原的影响，得出了化学还原沉淀法处理含铬废水的最佳参数值。
【关键词】化学还原沉淀法；含铬废水；原液pH值；还原剂；去除率
铬是环境中的主要污染物，其化合物主要以Cr(II)、Cr(III)和Cr(VI)的形式存在，但以Cr(III)和Cr(VI)化合物最为常见。在环境监测中，通常用总铬和Cr(VI)的质量浓度来衡量环境中水体的污染程度，其中Cr(VI)的毒性最大。目前，针对含铬废水的处理已经积累了很多有效的方法，包括物理方法、化学方法、物化方法和生物方法等，其中以化学方法为主，在实际工程应用中占有很大的比例。本文结合实验，主要探讨利用化学还原沉淀法处理含铬废水，以期获得化学还原沉淀法处理含铬废水的最佳参数值，为实际应用提供实验数据。
1.实验方法
1.1 药物及器械
分光光度计：上海奥西科学仪器有限公司，752N；
pH计:贵阳学通公司产品，PHS-25C型；
电子天平：广东恒之杰公司，FA/JA系列。
丙酮()：分析纯；
无水亚硫酸钠()：分析纯；
氢氧化钠（NaOH）：分析纯；
重铬酸钾()：分析纯；
焦亚硫酸钠()：分析纯；
高锰酸钾（KMnO4）：分析纯。
1.2 实验方法
(1) 铬离子原液的制备
配制100μL铬离子原液，原液应避光保存，密封，每次提取时应小心操作，避免污染原液，且原液应尽快使用，不宜放置过久。
（2）铬浓度的测定
在酸性溶液中，铬离子与二苯碳酰肼反应生成紫红色化合物，其最大吸收波长为540nm，吸光度与浓度的关系符合比尔定律。Cr6+与显色剂的显色反应一般控制酸度在0.05-0.3mol/L（1/）范围内，在0.2mol/L时显色最佳。显色前应将水样调至中性。显色温度和放置时间对显色都有影响，在15℃时，5-15分钟颜色即可稳定。
(3) 铬标准曲线的制作
用贮备液配制10 mg/L铬离子标准溶液，分别取0.5 mL、1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL，置于50 mL比色管中，加蒸馏水稀释至50 mL，在每支比色管中加入0.5 mL硫酸（1:1）和0.5 mL磷酸（1:1），摇匀，加2 mL显色剂Ⅱ，显色反应10 min后，放入紫外分光光度计中，测定吸光度（忽略干扰离子）。
这反映了在同一储备液条件下，水中铬离子浓度与其在540nm紫外光照射下的吸光度之间的线性关系。根据标准曲线所得公式，可计算出该溶液测得的吸光度所对应的铬离子浓度。从相关系数R2=0.9996可以看出，此标准曲线具有良好的线性关系。
2.结果与讨论
2.1 原液pH对还原效果的影响
（1）亚硫酸钠
取原液稀释至200mL/L，取5个锥形瓶，依次编号1至5，将稀释的铬离子溶液均匀倒入5个锥形瓶中，用硫酸（1：1）调节其pH值。
然后根据简化方程
计算得出还原反应中铬离子与亚硫酸钠的质量比约为1:3.63，考虑到实验误差及药物杂质，选取投加量比为1:4。
称取800mg亚硫酸钠溶于100mL水中，然后每个锥形瓶中加入20mL，搅拌，反应30min后观察可见1号瓶和2号瓶颜色变为绿色，此为三价铬的颜色，而3至5号瓶颜色变化不大，仍为铬离子的颜色。
用氢氧化钠溶液滴定该溶液，直至pH值达到8，静置观察，可见生成的沉淀为絮状淡蓝色。
可以看出当pH值在1附近时铬离子的去除率达到最大。溶液中铬离子的分配主要取决于总铬离子浓度和pH值。
（2）焦亚硫酸钠
取200mL/L原液稀释，取5个锥形瓶，编号为1至5，将稀释液均匀倒入5个锥形瓶中，用硫酸（1：1）调节pH值，原液调节后的pH值见表1。
根据还原方程可知还原反应中铬离子与焦亚硫酸钠的质量比约为1:2.74，考虑到实验误差及药物杂质，投加量比选取为1:3。与使用亚硫酸钠作为还原剂相比，用焦亚硫酸钠还原后，1~5号瓶颜色均为淡绿色，差别不明显。
当加入同样比例的还原剂时，焦亚硫酸钠所需的pH值条件比氢氧化钠要宽松。
可以看出，在pH值为2.1时，去除率可达99.48%。考虑到工业生产中需要对废水进行预处理，酸度越高意味着预处理成本的增加，对管道、储存设备的耐腐蚀性能要求也越高。因此，从pH值的角度考虑，使用焦亚硫酸钠更为经济合理。
2.2 还原剂用量对铬离子还原的影响
在废水中加入化学药剂，使其与水中某些溶解物质发生反应，生成不溶于水的盐类沉淀，从而降低这些溶解物质在水中的含量。能否用化学还原沉淀法将废水中的某种离子从废水中分离出来，首先要找到合适的沉淀剂。本实验所用的还原剂为亚硫酸钠和焦亚硫酸钠。
（1）亚硫酸钠
将储备液于容量瓶中稀释至200mg/L，调节储备液pH值为2.28，然后均匀倒入5个锥形瓶中。
铬离子的残留浓度随着还原剂投加量的增加而逐渐降低，当投加量为5：1时，铬离子的去除率达到最大值，此后随着投加量的增加，铬离子浓度几乎停止降低。增加沉淀剂的投加量，可以提高废水中离子的去除率，但沉淀剂的投加量不宜过多，否则会起到相反的效果，一般不要超过理论投加量的20%～50%。
（2）焦亚硫酸钠
将原液在容量瓶中稀释至200mg/L，然后调节pH值至2.3，将溶液均匀倒入5个锥形瓶中。实验得到的还原剂投加比例与残余铬离子去除率关系如图1所示。
根据图1可知，当焦亚硫酸钠与铬的比例为2.74:1时，理论最佳值。
实验表明，在相同pH值下，亚硫酸钠投加量为5：1时，铬离子去除率已达99.76%，焦亚硫酸钠投加量为3：1时，已达99.61%。增加投加量，去除率提高不明显。考虑到药物杂质及废水中其它杂质的影响，还原剂投加量应为理论值的115%～140%。
2.3 两种沉淀剂对氢氧化铬沉淀形成的影响
将储备液稀释至200 mg/L，取100 mL调节pH至2.01，以3:1的比例加入焦亚硫酸钠进行还原，测定pH值，当pH为4.5时，将溶液分成两等份。
用1mol/L氢氧化钠滴定至0.05mL时，有沉淀出现，振摇后沉淀消失，测得此时溶液的pH值为4.98。继续滴定至0.46mL时，沉淀稳定，振摇后不消失，测得溶液的pH值为5.92。继续滴定至4.65mL时，沉淀再次消失，溶液颜色变深，测得pH值为12.42。
室温27℃下滴定饱和氢氧化钙溶液至17.56mL时，有沉淀出现，振摇后沉淀消失，测得此时pH值为7.01。滴定至23.9mL时，沉淀稳定，振摇后不消失，测得此时pH值为7.51。继续滴定，沉淀未消失。
氢氧化铬为两性离子，pH值过高，生成的氢氧化铬会再次溶解；pH值过低，则不能生成沉淀。根据实验数据，生成氢氧化铬的最低pH值为5.92，当pH值大于12.42时，氢氧化铬已完全溶解。因此，pH值控制在7~8之间沉淀效果最佳。
3. 结论
总之，含铬废水是一种危害性很大的环境污染源，必须引起重视。要妥善处理这种污染物，必须从实际出发，不断提高科技含量，选择适宜的处理方法，消除环境污染。实验证明，只要合理选择还原剂和沉淀剂，化学还原沉淀法处理含铬废水在理论上和实际应用中是完全可行的。
参考：
[1] 郭壮.还原沉淀法处理含铬废水的研究及应用[D].哈尔滨工业大学,2007.
[2]闫家宝,王朝霞,吴文胜.还原沉淀法处理含铬废水工艺研究[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2002年1期。