铬元素是人体中不可缺少的元素,但大多数人并不十分了解,事实上它和碘、铁一样,对人体也十分重要。很多人都有这样的疑问:铬对人体到底有什么作用?
1、铬元素的作用。
胰岛是一种活跃的铬元素,具有一定的促进作用。
它具有一定的促进和辅助作用,如果人体内的活性铬不足,其胰岛素产生的作用就会变小,导致身体出现一些问题。铬质通过参与糖代谢过程,促进脂肪、蛋白质的合成,从而达到促进生长发育的作用。
2、铬元素能缓解糖尿病及心血管疾病。
糖尿病人的血液和头发中铬元素含量较低,此外,心血管疾病与体内铬含量较低有关。由此可见,铬对减轻糖尿病和心血管疾病有一定的益处。
3、铬元素能帮助修复近视眼。
血糖升高会阻碍胰岛素的利用,血糖升高导致渗透压降低,导致眼睛晶状体和房水的渗透压改变,使晶状体凸起,屈光度增加,从而形成近视眼,补充铬元素就可以缓解近视的症状。
食用动物肝脏、牛肉等食物来补充铬元素,但很多食物经过加工之后,铬的含量就会下降,所以在日常生活中要多吃一些铬元素,这样才能保持原汁原味。这样还能看出铬元素这类微量元素对人体的重要性,缺少某一种对人体有害,所以不要因为它是微量元素就觉得无所谓。
4、防止体重增加。
“全食”总是与减肥联系在一起,因为它包含了保持 健康 和摆脱肥胖的所有正确营养成分。铬矿是维持 健康 体重最好的微量元素之一,它能让你的身体保持更加丰盈。一项研究显示,铬能帮助调节血糖,降低脂肪和碳水化合物欲望。铬补充剂可以帮助减少脂肪组织的形成,这是由于体内脂肪的保留。
2、食物中铬的来源。
花椰菜
大麦
青豆
莴苣
黑椒
猪排
富铬农产品
Fe2Q。铁铬系催化剂还原前的主要成分是Fe2Q。铁铬系催化剂是由氧化铁、氧化铬的混合物组成,又称高(中)温变换催化剂。活性组分为四氧化三铁,开工时需用氢气或一氧化碳将三氧化二铁还原成四氧化三铁。
40Cr合金结构钢
40Cr钢特性:
40Cr钢为中等淬透性调质钢,是机械制造中应用较广泛的合金结构钢钢种之一。40Cr钢有良好的淬透性,在水淬时可淬透到直径28~60mm,油淬时可淬透到直径15~40mm。40Cr钢经调质处理后,具有良好的综合力学性能,并具有良好的低缺口敏感性和低温冲击韧性。40Cr钢在经调质处理后,常还进行表面高频淬火或氮化处理。当硬度为174~229HBS时,切削加工性能较好,相对切削加工性为60%。40Cr钢的抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高,但焊接性有限,有形成裂纹的倾向。为了节省Cr,在一定条件下,可用40MnB、45MnB、35SiMn、42SiMn、40MnVB、42MnV、40MnMoB、40MnWB等钢种代替40Cr钢制造相应零部件。
40Cr钢执行标准:
GB/T 3077-1999
40Cr钢标准对照:
德国DIN标准材料编号117035/17045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。
40Cr钢化学成分:
碳 C :037~044;
硅 Si:017~037;
锰 Mn:050~080;
硫 S :允许残余含量≤0035;
磷 P :允许残余含量≤0035;
铬 Cr:080~110;
镍 Ni:≤030;
铜 Cu:允许残余含量≤0030
40Cr热处理规范:
淬火850℃,油冷;回火520℃,水冷、油冷。
40Cr力学性能:
抗拉强度(σb/MPa):≥980
屈服点(σs/MPa):≥785
断后伸长率(δ5/%):≥9
断面收缩率(ψ/%):≥45
冲击功(冲击值)(Akv/J):≥47
布氏硬度(HBS 100/3000)(退火或高温回火状态):≤207
40Cr钢应用:
40Cr常用的合金调质结构钢,用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件,如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等;也可经调质并高频淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无大冲击的零件,如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺钉、进气阀等;也可经淬火、中温或低温回火,制造承受重负荷的零件;又适用于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件,如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。
在40Cr渗碳钢中,Mo有多方面的突出作用:
例如:它大大提高零件渗碳层和心部的淬透性,有利于扩大使用尺寸和控制淬火变形;它明显抑制渗碳层中贝氏体的形成,有利于得到全马氏体组织;它使渗碳层在较宽的碳含量范围内能得到较高硬度,有利于硬化层质量的稳定;它能抑制渗碳层表面氧化等等。从而提高渗碳层的冲击断裂应力和过载加疲劳下的抗力。因此,重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼,尤其是对于重载的大型渗碳件更甚。此外,钼还有加快40Cr钢退火软化的作用,有利于改善切削加工性。
40Cr主要规格:
40Cr圆棒、40Cr轧棒、40Cr锻棒、40Cr锻件、40Cr锻环、40Cr板块、40Cr管
人类缺铬以糖、脂代谢受损为特征。已知三价铬是葡萄糖耐量因子(简称GTF)的主要组成部分。今年来,国际、国内都有关于糖尿病患者铬含量低于健康人的报道,且发现缺铬与病程有关。但国内用铬剂治疗并显著改善血糖代谢的报道还很少。
研究目的
1。 探索铬对2型糖尿病糖代谢的影响
2。 了解不同的补铬量对2型糖尿病的影响
研究背景
1955年美国Mertz和Schwarz博士在大白鼠实验中发现补充啤酒酵母可纠正大白鼠的糖耐量异常,并发现对糖耐量起作用的成分是一种含铬化合物,
GTF(Glucose Tolerance Factor) -葡萄糖耐量因子。从此对铬的研究进入了营养和医学领域。
Jeejeebhoy在1977年发现补铬可纠正靠静脉高营养维持生命的患者所出现的糖耐量异常及周围神经炎和体重减轻。1979年和1986年也相继有其他学者报道类似现象。同时,关于补铬可改善儿童蛋白营养不良、成人高胆固醇血症、2型糖尿病低血糖等病症的论文陆续发表。
铬对糖代谢的作用主要是加强胰岛素功能。在依赖胰岛素的组织中,即使只有毫微量铬的增加,胰岛素功能就会明显提高;铬摄入不足,身体对胰岛素的需求量增高。
缺铬可以使糖耐量异常、血胰岛素升高 、胰岛素亲和力降低、β细胞敏感性降低、胰岛素受体减少,血糖过高或过低。述异常在补铬后可得到纠正。实验表明,补充有机铬对糖尿病代谢改善作用你钩湮藁�醮蟆N藁�踉谌颂宄Φ赖奈�章式鑫�5-2%,而有机铬可达20-30%。
美国RDA(食品安全推荐委员会)对铬的每日推荐量为50-200微克。美国环境保护委员会测定:即使每日铬摄入量超过推荐量300倍,也无任何不良反应。三价铬是最安全的人体必须微量元素之一,尤其是在口服的形式下。
由于三价铬已被正式列为人体13种必需微量元素之一,属营养品,所以美国上市的铬营养制品不需药检机构审查。
在美国进行一次人体实验难度很大。但由于铬的研究历史,美国农业部人类营养中心的科学权威,RDA和美国环境保护委员会的证明,美国农业部人类营养中心与乔治城大学医学院联合进行了150例糖尿病人的人体实验。这为我国着手人体补铬实验,填补这项研究空白,减轻糖尿病人的痛苦,改善人民健康水平和生活质量提供了科研、临床的先决条件。
材料与方法
研究用药
由美国营养21世纪公司提供的吡啶酸铬口服营养品。该产品是美国营养研究中心主席Mertz教授及目前铬研究的学术带头人Anderson博士等人近40年的研究成果。
研究对象
1。180名居住于北京的2型糖尿病人,男96人,女84人,年龄35-65岁;
2。血糖水平控制平稳半年以上,空腹血糖72-155mmol/l,餐后2小时
血糖94-167mmol/l,糖化血红蛋白80-12%,病史10年以
下;
3。无严重心、脑、肾并发症;
研究方法
1。随机双盲安慰剂对照法,将180名病人随机分为三组,安慰剂组60人、每日服
铬200微克组60人及每日服铬1000微克组60人。每位病人每日早餐及晚
餐后各服1次吡啶酸铬胶囊或安慰剂胶囊,共4个月,服用本药期间保持原降糖药
物用量,控制饮食,保持日常体育锻炼。
2。要求病人每月来门诊,了解有否不良反应,注意其饮食情况,精神情绪波动,尤其
注意控制其服用其它药物,如糖浆类药,严格填写实验表格。病人每月发给1次药
如遇病人出差、探亲等特殊情况,可酌情多发药1次,以保证不中断用药。
3。测定指标:服药前,服药后2个月及4个月,分别抽血共3次,检查空腹血糖,餐
后2小时血糖,胰岛素含量,糖化血红蛋白,并测体重。具体操作为:抽血当日晨
7-8时,空腹抽血1次,然后口服原剂量降糖药物和实验观察用药,再进食
100g馒头,从嚼第一口馒头算起2小时后抽第二次血。
研究结果
180名受试病人均为正常身高、正常体重的中年2型糖尿病人,病史均小于10年,不伴有合并症。研究过程中19名受试者未完成全部检查,另有6人的数据不完整,因此未被列入最后的统计分析当中。完成试验的155名患者的一般情况见表一。
表一
安慰剂组 200微克组 1000微克组
身高(公尺)
总计 167±001(50) 167±001(53) 165±001(52)
女 161±001(17) 160±001(20) 159±001(26)
男 170±001(33) 171±001(33) 170±001(26)
体重(公斤)
总计 691±13 690±15 678±14
女 664±25 634±25 634±16
男 705±14 726±15 720±18
比重(公斤/平方米)
总计 248±05 250±05 248±04
女 258±11 250±09 250±06
男 243±05 250±05 246±06
糖尿病史(年)
总计 54±07 80±10 53±07
女 56±10 84±16 68±11
男 52±09 78±12 37±07
年龄
总计 555±12 557±12 546±14
女 564±18 538±18 541±23
男 551±15 568±17 552±18
在4个月的研究中,未发现因补铬而产生的副作用,90%以上病人都能够良好地耐受本品。与安慰剂组相比,服药的两组病人的血糖及胰岛素水平均有改善。
服药两组病人的空腹血糖值及糖耐量均得到改善,而日服1000微克铬的患者在2至4个月时下降的数值尤其明显。与安慰剂组相比,服药两组病人的空腹胰岛素和餐后2小时胰岛素水平在治疗后均显著下降。
糖化血红蛋白(HBA1c) 是衡量糖尿病患者血糖控制情况的可靠长效参数。服药组在4个月时其数值均明显下降,而日服1000μg铬的患者在2个月时已明显改善。
表二为3组病人治疗前后空腹血糖(FBS)、餐后2小时血糖(PBS)、糖化血红蛋白(HBA1c)、空腹胰岛素(INS)、餐后2小时胰岛素(PINS)水平变化:
表二
FBS PBS HBA1c INS PINS
安慰剂组(50) 治疗前 9±156 13±314 9±259 186±33 88±80
2个月 9±144 132±2 9±19 16±2 83±6
-06% -5% -02% 13% 5%
4个月 9±257 137±3 9±17 15±18 80±136
78% -6% -09% 148% 9%
200微克组 治疗前 97±2 16±3 10±28 19±3 878±10
2个月 9±1 14±2 9±2 137±3 76±4
6% 87% 87% 285% 129%
4个月 8±2 13±3 79±15 13±2 74±5
195% 185% 326% 14%
1000微克组 治疗前 10±2 15±26 107±24 20±39 84±6
2个月 661±1 10±1 76±1 13±2 75±6
32% 32% 28% 34% 107%
4个月 68±1 10±1 7±1 13±2 75±55
28% 28% 33% 34% 11%
* 与治疗前比较(P<0。05)
**与治疗前比较(P<0。01)
讨论
该项实验显示补铬在临床上可显著改善2型糖尿病患者的血糖和胰岛素平。空腹和餐后2小时胰岛素水平也得到改善。但更具有说服力的则是补铬对糖化血红蛋白的降低。我们知道糖化血红蛋白与红细胞的寿命密切相关,是评价一段时间体内血浆葡萄糖含量的关键数值,它可以反映细胞及组织糖化作用的积蓄程度。该实验显示:
随着血糖值的下降,在疗程的第二个月糖化血红蛋白值也迅速下降,并平稳地保持到四个月之后。这种影响在男女病人 中都是一样的。
有许多关于铬对糖尿病作用的研究,认为微量元素铬与糖尿病关系密切。早在50年代末,Schwarz和Mertz等提出三价铬是葡萄糖耐量因子(GTF)的中心活性成分。1969年,Mertz等总结了三价铬的生理功能:1。动物缺铬可再成糖耐量受损或发展成糖尿病、高脂血症、动脉粥样硬化;2。铬的作用直接与胰岛素有关。
该项研究显示了铬对2型糖尿病患者血糖和胰岛素的显著有益作用,切每日服用
1000微克铬的效果比200微克要好。
关于更长期服用低剂量铬将对糖尿病人有什么影响,以及长期服用是否将对糖尿病合并症具有预防作用,还有待进一步研究。
注: 1。美国农业部BELTSVILLE人类营养研究中心:R。安德森,程南征,
N。布瑞登,M。波兰斯基
2。北京医院:迟家敏
3。北京医科大学第一附属医院:冯晋光
4。武警总医院:程南平
铬铁按不同含碳量分为高碳铬铁(含碳为4~8%)、中碳铬铁(含碳为05~4%)、低碳铬铁(含碳015~050%)、微碳铬铁(含碳为006%)、超微碳铬铁(含碳小于003%)、金属铬、硅铬合金等。常用的还有硅铬合金、氮化铬铁等。铬铁主要用作炼钢的合金添加剂,过去都在炼钢的精炼后期加入。由于炼钢工艺的改进,现在用AOD法(见炉外精炼)等生产不锈钢等钢种时,用碳素铬铁(主要是装料级铬铁)装炉,因而只需在后期加低、微碳铬铁调整成分,所以现在铬铁生产重点是炼制碳素铬铁
铬元素被美国环保署(USEPA)列为最具毒性的污染物之一,含铬废水中的铬主要来源于电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业,它以三价和六价化合物的形式存在。由于六价铬的高溶解性,它比三价铬更具有生物毒性。研究表明,六价铬化合物能够干扰重要的酶体系,经口、呼吸道或皮肤接触吸收后能引起“三致”作用。因此,含铬废水必须严格控制六价铬的质量浓度,达标后才能允许排放。
处理含铬废水的关键在于降低六价铬的含量,一般可以通过两种途径实现:(1)通过化学反应使六价铬转变为低毒易沉淀的三价铬,再进一步去除三价铬;(2)将六价铬化合物与水分离。现有的处理技术都是通过这两种途径达到去除铬的目的,具体处理方法如下。
1理化处理技术11反渗透法反渗透法通过给水体加压使水分子通过半透膜,实现铬化合物的浓缩,达到水与铬分离的目的。
由于其不涉及化学反应和酸碱的生成,因此,反渗透技术在控制二次污染方面具有一定的优越性。由于要给处理水体加压,电能的消耗是需要考虑的问题,所以它适合处理铬质量浓度高的废水。铬质量浓度低的废水采用反渗透技术电能消耗较大,经济上不合算。
范帅等先采用离子交换法、芬顿氧化、混凝沉淀、电凝聚等技术对含镍、含铬、含铜、含氰、前处理、混排等的废水进行预处理,再用超滤及反渗透膜处理含重金属、含氰及前处理废水后回用。王维平分析了反渗透技术在电镀废水回用中遇到的问题及对应解决思路。
12离子交换法离子交换法利用离子交换剂中的离子和水中的离子进行交换,进而达到去除水中特定离子的目的。
六价铬在废水中以铬酸根形式存在,因此,经常用阴离子交换树脂进行铬酸根的吸附交换(式(1)和式(2))去除水中的六价铬,树脂可用再生剂进行再生。
2ROH+CrO2-4=R2CrO4+2OH-(1)
2ROH+Cr2O2-7=R2Cr2O7+2OH-(2)
唐树和等用201×7强碱性阴离子交换树脂处理含Cr(Ⅵ)废水,在实际废水Cr(Ⅵ)初始质量浓度为1540mg/L时,出水Cr(Ⅵ)质量浓度小于05mg/L,达到国家排放标准,且经再生处理后树脂再生率大于95%。徐灵等分别用pH值静态试验和流量动态试验对201×7强碱性苯乙烯阴树脂吸附Cr(Ⅵ)的能力做了研究,在高Cr(Ⅵ)质量浓度的条件下,设定pH值为3、树脂管流量为3BV/h,在树脂穿透点之前,铬的去除率在995%以上,加之模拟废水Cr(Ⅵ)质量浓度远远高于工业废水Cr(Ⅵ)质量浓度,说明离子交换法完全可以使废水达标排放。考虑到Cr(Ⅲ)的回收再利用,CavacoSA等研究了DiaionCR11和AmberliteIRC86两种离子交换树脂对Cr(Ⅲ)的吸附交换特性,研究结果表明,两种树脂在去除Cr(Ⅲ)能力上均很有效,DiaionCR11显示了相对的去除优势。
13电渗析法电渗析法指在直流电的作用下,使阴、阳离子选择性地透过阴、阳离子膜,形成一个个的浓、稀空间,既达到了铬水分离的目的,又实现了铬的浓缩,为铬的回收再利用提供便利。但值得注意的是高质量浓度的含铬废水则不适宜采用电渗析法处理,因为质量浓度越高,消耗电能越大。邓永光等研究了电渗析法对铬钝化清洗废水的处理效果,结果表明:在其建立的电渗析小试装置的条件下,进水浓度对淡水水质影响不大;采用浓水循环工艺,淡水产率可提高至约80%,浓室总铬、锰离子质量浓度超过4000mg/L,为浓水的后续处理处置创造了条件。
14吸附法吸附法利用吸附剂与被吸附物质之间的吸附力,使被吸附物质吸附在吸附剂上,达到水体净化的目的。吸附力可以是分子间引力,也可以是通过相互反应生成化学键引起的吸附。前者为物理吸附,后者为化学吸附。在污水处理中,多数情况下,往往是多种吸附的综合结果。
理化吸附法处理含铬废水常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石和硅藻土等。这些吸附剂在含铬废水处理中显示了较好的吸附性能,铬去除率均在70%以上,最高可达99%。
唯一的不足之处在于经济投入问题,有一定花费,寻找低投入高回报的吸附剂成为考虑的主要问题,而以废治废成为较佳的方案。作为电厂废物的粉煤灰和作为煤矿废物的煤矸石由于颗粒本身的特殊结构和性能,表现出良好的吸附性能和化学稳定性。
秦巧燕等进行了活化煤矸石处理模拟含铬废水的试验,在最优条件下,铬的去除率在90%以上。白汀汀等通过试验对比了粉煤灰吸附法和铁氧体法对Cr6+的去除率,结果表明:在最佳条件下,用粉煤灰处理废水的最佳除铬率比铁氧体法除铬率高,除铬效果更好。陈小萍等研究了活性炭纤维对六价铬的吸附作用,研究结果表明:利用活性炭纤维去除水中的Cr(Ⅵ),其适宜条件为pH值为1~3,吸附时间为15h;通过电化学改性可以提高吸附率,并可实现活性炭纤维的现场再生。具体联系污水宝或参见http://wwwdowatercom更多相关技术文档。
2化学处理技术21化学还原沉淀法该方法是通过化学反应使Cr(Ⅵ)变为Cr(Ⅲ),Cr(Ⅲ)在碱性条件下生成Cr(OH)3,排出上清液,以实现铬的去除。因此选择还原性化学物质将Cr(Ⅵ)还原成容易沉淀的Cr(Ⅲ)是整个技术的关键,选择高效价廉的还原剂是最佳选择。目前常用的还原剂主要有气态的SO2、液态的水合肼以及固态的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁等。此方法常常产生大量污泥,可从污水源头分流、污泥分类回收等途径解决污泥带来的后续处理问题。
蒋小友等研究了用水合肼回收电沉积铬废液中铬的工艺条件,试验结果表明,在30℃下于25mL含铬废液中加入16mLH2SO4和08mL水合肼,8min可使Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。颜家保等用硫酸亚铁作为还原剂处理Cr(Ⅵ)废水,处理后出水六价铬和总铬的质量浓度分别在055及15mg/L以下,达到了国家排放标准;而且通过研究pH值对整个工艺的影响,得出Cr(Ⅵ)还原阶段pH值应控制为2~3,Cr(Ⅲ)沉淀阶段应控制为8~9。用亚硫酸钠作还原剂与用硫酸亚铁工艺条件相似,处理出水同样能达到排放标准。石俊仙等用矿山铁的硫化物矿物处理皮革厂含铬废水,在试验得到的最佳条件下,直接用矿山铁的硫化物矿物处理高质量浓度含铬废水,去除率达到73%。李秋菊等研究利用晶钟诱导沉积不锈钢酸洗废液中铁、铬及镍的有价金属,以达到废酸液进行资源化利用的目的,结果显示温度越低,废酸HF越高,越有利于金属沉积,且晶钟添加量对金属沉积影响不大。
22铁氧体法铁氧体法同样是用硫酸亚铁作为还原剂,与还原沉淀法的区别在于铁氧体法不是通过生成Cr(OH)3沉淀去除Cr(Ⅲ),而是通过形成有磁性的铁氧体达到同时去除铁和铬的目的。具体操作为:硫酸亚铁在一定酸度下还原Cr(Ⅵ)为Cr(Ⅲ);然后调节溶液pH值,使Fe3+、Cr3+以及Fe2+共沉淀;加热,通入压缩空气,使剩余Fe2+被氧化为三价,当Fe2+与Fe3+质量浓度比达到2︰1时,便形成铁氧体。反应见式(3)~式(9)。
Cr6++3Fe2+→Cr3++3Fe3+(3)
Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓(4)
Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(5)
Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓(6)
Fe(OH)3→FeOOH+H2O(7)
FeOOH+Fe(OH)2→FeOOH·Fe(OH)2(8)
FeOOH·Fe(OH)2+FeOOH→FeO·Fe2O3↓+2H2O(9)
由于Cr3+与Fe3+具有相同的离子电荷和相近的离子半径,在铁氧体形成的过程中,Cr3+取代Fe3+成为铁氧体的组成部分,从而达到去除Cr(Ⅵ)
的目的。反应见式(10)和式(11)。
2Cr3++Fe2++8OH-→FeO·Cr2O3↓+4H2O(10)
6Fe3++3Fe2++24OH-→3FeO·Fe2O3↓+12H2O(11)
魏振枢分别从FeSO4·7H2O的投加量、反应的酸碱度控制和加热与曝气几个方面对铁氧体法处理含铬废水的工艺条件进行了探讨。来风习等为了克服铁氧体法的缺陷,用一种复合方法超声波-铁氧体法处理含铬废水,结果Cr6+去除率达到999%以上,这就从节能和经济的角度让传统铁氧体法得以优化。
23电解法电解法使废水中的有害物质通过电解过程在阳、阴两极发生氧化和还原反应,或利用电极氧化和还原的产物与废水中的有害物质发生化学反应,使有害物质转化为无害物质或生成不溶于水的物质,从水中除去。电解法除铬用铁作阴极和阳极,阳极溶解产生的Fe2+将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),阴极附近由于H+不断还原为H2,溶液逐渐显碱性,Fe3+和Cr(Ⅲ)生成Cr(OH)3沉淀,从而除去废水中的Cr(Ⅵ)。发生的化学反应见式(12)~式(17)。
阳极反应:Fe-2e-→Fe2+(12)
Cr6++3Fe2+→Cr3++3Fe3+(13)
阴极反应:2H2O+2e-→H2+2OH-(14)
沉淀反应:Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓(15)
Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(16)
Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓(17)
赵丽等分别从废液浓度、pH值、反应时间和换极周期4个因素考虑,利用正交试验对电解法处理含铬废水进行了研究,认为在工业废水Cr(Ⅵ)初始质量浓度较高(不小于300mg/L)时,单纯依靠普通的铁板阳极溶解的Fe2+还不能够充分还原Cr(Ⅵ),需加一定的还原剂,当废水初始质量浓度不高于600mg/L、pH值为3、反应时间为40min和换极周期为10min时,且根据前期正交试验(Fe2+与Cr2O7质量浓度比为1∶1)确定加入的FeSO4量的反应条件下,去除率可达94%以上。电解法由于有沉淀和絮体的生成,需要过滤工艺,且阴极附近氢气的生成会影响它们的沉降,GaoP等为了解决这一问题,设计了电絮凝-电浮选联合工艺,省去了过滤步骤,利用电解-电浮选产生的气泡有效地使絮体浮出水面,从而达到去除的目的。
3生物处理技术生物法处理废水一直是水处理领域研究的热点,因为它具有资源丰富、效率高、投资低、选择性强以及不产生二次污染等优点。生物法处理含铬废水主要包括氧化还原、离子交换、形成配位化合物和静电吸引等机理,主要以投加生物吸附剂和生物絮凝剂的方式来完成。
31生物吸附法大量研究证实,具有生物活性的生物体及非活性的生物质均具有较强的生物吸附性能。应用死的微生物细胞吸附去除污染物具有一定的优越性,它不会受到废水中毒性物质的影响,不需要持续不断地提供养分,且可以再生再利用。近几年国内外对含铬废水的处理焦点多集中在生物吸附法上,通过寻找合适的废生物质材料吸附铬等重金属,这些生物质材料包括木屑、玉米芯、板栗壳、咖啡渣、橄榄渣、椰子皮、苔藓、核桃壳及其改性产品等。
ElNemrA等从反应体系的pH值水平、污染物含量、吸附剂用量及吸附时间几个方面研究了鸡毛菜(海洋红藻)及其生物质活性炭对废水中铬去除效果的影响,结果表明,在溶液pH值为1时吸附量最大,两者最大的吸附能力为12和66mg/g。
LiuC等利用咖啡渣作为生物吸附剂还原吸附电镀废水中的Cr(Ⅵ),在试验条件下Cr(Ⅵ)被完全还原和吸附,还原生成的少量Cr(Ⅲ)在后续混凝沉淀单元被完全去除,为咖啡渣的废物利用提供了思路。DehghaniMH等利用经处理后的旧书、旧报纸吸附去除Cr(Ⅵ),研究表明,随着Cr(Ⅵ)质量浓度和反应溶液pH值的降低以及吸附剂含量的提高,Cr(Ⅵ)去除率增大;在初始Cr(Ⅵ)质量浓度为5~70mg/L、pH值为3、接触时间为60min及吸附剂投加量为30g/L的条件下,Cr(Ⅵ)最大吸附能力可达到5988mg/g[41]。VieiraMGA等研究用马尾藻做填料的填料柱对Cr(Ⅵ)的吸附作用,运用因子设计方法研究了运行条件对吸附能力的影响,如进水Cr(Ⅵ)质量浓度、填料柱进液流量和吸附剂量,结果显示进水Cr(Ⅵ)质量浓度对填料柱吸附能力的影响最大,填料柱进液流量次之;在最佳运行条件下得到的吸附能力为1906mg/g。木屑作为建筑和家具等行业的固体废物,主要由质量分数为45%~50%的纤维素和质量分数为23%~30%的木质素组成,这些成分由于结构上含有羟基、羧基和酚基等基团,使它具有绑定金属的能力,因此,大量的试验和实际工程研究应用木屑、改性木屑吸附去除废水中的铬,且去除效果明显。
32生物絮凝剂法生物絮凝剂是利用生物技术通过生物发酵、抽提、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、廉价的水处理剂。与传统絮凝剂相比,生物絮凝剂具有高效、无毒、易降解且不产生二次污染的特点。
马军等通过试验分析得出了微生物絮凝法处理含铬工业废水的最佳工艺条件为:pH值为75~80,水温在10℃以上,最高进水Cr(Ⅵ)质量浓度为100mg/L,活性菌体积分数为08‰~12‰,反应时间为13~16min[48]。杨思敏等用微生物絮凝剂处理Cr(Ⅵ)溶液时,结果显示黑曲霉分泌微生物絮凝剂对低质量浓度Cr(Ⅵ)还原效果较好,在pH值为1~5时,还原能力均较高,对质量浓度为20mg/L的Cr(Ⅵ)的还原率均大于99%。
4技术展望由于相关工业的快速发展,含铬废水排放仍将保持浓度高、排放量大的特征,为了保护环境,强化含铬废水治理,今后治理技术进一步开发与应用应从以下几个方面加以考虑。
(1)废物减排和再利用是治理环境污染的一种重要方式,以循环经济思路为指导,加强以废治废的技术开发,充分利用废弃物资源如煤矸石、粉煤灰及农业废弃物等,这样既减少了废物排放,又治理了其他类型的污染,可以首先从当地可利用资源考虑。
(2)前文中含铬废水治理方法各有优缺点,并各有其应用前提条件和最佳条件,应在综合分析的基础上建立联合处理或复合处理技术体系,以使处理方案兼顾社会、经济和环境综合效应,达到最佳效果。
(3)文中所述大部分相关研究是在实验室进行的,条件易于掌控,而实际处理工程则十分复杂,影响因素更为复杂,且有时难于准确控制,应加强中试以使各种方法更符合实际工程需求。
(4)由于化学法将产生大量的污泥,污泥铬含量很高,应合理进行污泥的处置。
(5)生物处理法的出水含有大量的生物,出水不易进行回收利用,因此,生物处理工艺应考虑后接消毒处理。
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