氧化鐵紅是一種產(chǎn)量僅次于鈦白粉的重要無極工業(yè)原料，其生產(chǎn)工藝較為簡單，成本較低，并具有無毒、耐堿、耐高溫、耐光等優(yōu)良特性，因此被廣泛應用于建材、涂料、化妝品、電子、化工等行業(yè)。一般情況下，每生產(chǎn)一噸氧化鐵紅，會排放大約15~20噸廢水，其主要來源為反應桶中分離出成品氧化鐵紅的水溶液以及水洗氧化鐵紅產(chǎn)品后排放的廢水。廢水中含高濃度氨氮、硫酸鹽、亞鐵離子，近年來我國在保護水體環(huán)境方面加強了廢水排放的管控，使得氧化鐵紅的生產(chǎn)產(chǎn)家由于廢水排放不達標而面臨停業(yè)整頓、關閉等問題，因此氧化鐵紅行業(yè)亟需一種節(jié)約成本又可實現(xiàn)穩(wěn)定脫酸脫氮的廢水處理方法。
1、實驗
1.1 實驗原理
硫酸根在水中屬于溶解性物質，對于這類物質，如果可以先用某種方法將其變?yōu)椴蝗苄晕镔|，然后再用絮凝沉淀法將其去除，在某些情況下，絮凝沉淀作用所形成的的絮體會將一些溶解性物質吸附而發(fā)生共沉淀，這可以看做一種協(xié)同作用。因此，在氧化鐵紅廢水中先加入Ca(OH)2，Ca(OH)2與廢水中的硫酸根離子(SO42-)反應生成硫酸鈣(CaSO4)沉淀，即形成帶負電的硫酸鈣懸浮物，即去除硫酸根離子。反應式如下所示：
1.2 實驗材料
實驗儀器：毫克級電子分析天平、上海雷磁pH計(PHS-3C)、WFJ722可見分光光度計等。
實驗藥劑：氫氧化鈣(分析純)，鉻酸鋇(分析純)，36%鹽酸(分析純)，氨水(分析純)等。
1.3 試驗方法及步驟
本實驗按照氧化鈣與廢水中硫酸根離子摩爾比為1︰1，pH為6、7、8，反應時間為40min、60min、80min進行多因素試驗，取100mL廢水，裝入250mL錐形瓶中，向其中加入相應比例的氫氧化鈣，用36%HCL調節(jié)pH，分別控制反應時間。用絡酸鋇光度法測量硫酸根的含量。
2、結果分析
2.1 工作曲線繪制
分別于150mL錐形瓶6個，分別加入0mL、1mL、2mL、4mL、6mL、8mLSO42-標準溶液，分別加水至50mL，向標準溶液中加入1mL2.5mol/L的鹽酸溶液，加熱煮沸5min，取下各加入5mL酸性鉻酸鋇溶液后，在煮沸5min。取下錐形瓶，稍冷卻后，逐滴加入氨水至檸檬黃色，再多加2滴。冷卻后，用慢性濾紙過濾，濾液收集于50mL比色管中，用蒸餾水洗滌錐形瓶及濾紙三次，濾紙收集于比色管中，用蒸餾水稀釋至標線。在420nm波長，用10mm比色皿測量吸光度，所得線性回歸方程：A=0.425C-0.6649，R2=0.9992。
2.2 添加不同質量的氫氧化鈣對硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，用36%HCL調節(jié)溶液的pH為6，反應時間60min。硫酸根的初始濃度是12g/L，設定添加氫氧化鈣的含量費分別為2g、2.5g、3g、3.5g、4g。待反應結束后，測量廢水中SO42-的濃度，計算SO42-去除率。結果如表1所示：隨著氫氧化鈣濃度的增加，去除SO42-濃度先增加后減少，當添加3.5g氫氧化鈣時，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=2.1341g。去除率82.11%。
2.3 pH對硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，添加3g氫氧化鈣，反應時間60min。硫酸根的初始濃度是12g/L，用36%HCL調節(jié)溶液的pH。設定的pH分別為5、5.5、6、6.5、7，待反應結束后，測量廢水中SO42-的濃度，計算SO42-去除率。結果如表2所示：隨著廢水中pH的增加，去除SO42-濃度先增加后減少，當pH為5.5時，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=1.9897g。去除率83.32%。
2.4 反應時間對硫酸根去除的影響
取5份200mL氧化鐵紅廢水，添加3g氫氧化鈣，用36%HCL調節(jié)溶液的pH為6，硫酸根的初始濃度是12g/L，設定反應時間分別為40min、60min、80min、100min、120min。待反應結束后，測量廢水中SO42-的濃度，計算SO42-去除率。結果如表3所示：隨著廢水反應時間的增加，去除SO42-濃度趨勢不明顯，當反應時間為60min時，廢水中的SO42-含量最低，m(SO42-)=2.0613g。去除率82.72%。
2.5 正交實驗
為了探索氫氧化鈣、pH值、反應時間對廢水中硫酸根離子去除實驗的綜合影響，實驗采用L9(3,3)正交表進行三因素三水平的正交實驗。選擇的因素水平表4。實驗結果如圖1、表2。
根據(jù)正交表，根據(jù)不同組別分別試驗，測量各廢水中SO42-的剩余含量，結果如圖一所示：第二組別時，廢水中廢水中SO42-的含量最高，去除率為72.59%。第四組別時，廢水中SO42-的含量最低，去除率80.92%。
正交表結果顯示氫氧化鈣含量、pH值、反應時間對硫酸根的測量結果均有影響，并且根據(jù)極差大小可確定三因素的影響程度，氫氧化鈣含量與pH對沉淀法測量硫酸根的影響最大，反應時間的影響相對較小。正交實驗的最優(yōu)組合是：m(Ca(OH)2)=3.3110g，pH=6，反應時間60min。廢水經(jīng)最優(yōu)條件處理后沉淀作用顯著，硫酸根離子去除率可達80.92%。
3、結論及建議
(1)試驗研究氫氧化鈣含量、pH和反應時間對沉淀法去除硫酸根均有影響，其中氫氧化鈣含量的影響最為顯著，且影響程度較大。正交實驗最優(yōu)組合是m(Ca(OH)2)=3.3110g，pH=6，反應時間60min。去除率可達80.92%。
(2)試驗中僅研究了對硫酸根的去除效果，未涉及到廢水中其他污染物。廢水中諸如氨氮、COD值等問題還需進一步協(xié)同去除。
(3)氧化鐵紅廢水的特殊性在于高濃度的硫酸根和氨氮，屬于低碳氮比型廢水，此類廢水處理技術研發(fā)，對于具有相似水質的其他廢水的處理提供試驗參考。（來源：維爾利環(huán)�？萍技瘓F股份有限公司）
