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Sustainable reduction of Chromium (III) and organic load from tannery wastewater using effluent mixing strategy

本研究表明，通过将不同加工阶段的特定制革废水（特别是铬鞣石灰工艺废水与铬鞣中和工艺废水）进行混合，可以在无需额外化学或生物处理的情况下，实现高达 99.99% 的铬去除率，并显著降低有机物和物理污染物的含量。

原作者： Mohammad Nazmul Hossain, Md. Nahid Bin Hasan, Rupok Kumar Nayak, Ashiqur Rahaman, Md. Abu Fahad, Md. Sakhawat Hossain, Mahadi Hasan, Md. Ahsanul Haque Milon, Nazma Khatun

发布于 2026-09-22

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CC BY 4.0

原作者： Mohammad Nazmul Hossain, Md. Nahid Bin Hasan, Rupok Kumar Nayak, Ashiqur Rahaman, Md. Abu Fahad, Md. Sakhawat Hossain, Mahadi Hasan, Md. Ahsanul Haque Milon, Nazma Khatun

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

技术摘要：利用出水混合策略实现皮革厂废水中铬 (III) 与有机负荷的可持续减量化

问题陈述
皮革鞣制工业产生大量高污染废水，其中含有重金属（特别是三价铬，Cr(III)）、高有机负荷（BOD 和 COD）以及各种无机盐。传统的处理方法，包括化学沉淀、离子交换和生物工艺，通常面临运营成本高、能耗大、监测复杂以及产生有害污泥等问题。此外，Cr(III) 的存在带来了显著的环境风险，因为它在土壤环境中极易氧化为有毒的 Cr(VI)。因此，迫切需要一种无需依赖外部化学试剂或高能耗生物系统的、具有成本效益且可持续的处理策略。

研究方法
本研究调查了一种基于特定皮革厂废水的内部混合“零试剂”处理策略。研究使用了采集自孟加拉国达卡萨瓦尔皮革工业区（Savar Tannery Industrial Estate）三家皮革厂（Samina、Ruma 和 Mukta）的废水样本。研究分析了四种不同的工艺出水：

脱钙出水（Deliming effluent）： 含有硫酸铵和酸性盐。
石灰出水（Liming effluent）： 含有氢氧化钙（碱性）。
中和出水（Neutralization effluent）： 含有甲酸钠和碳酸氢钠。
铬鞣出水（Chrome tanning effluent）： 含有高浓度的 Cr(III) 和酸性成分。

核心实验设计是在 500 mL 烧杯中以不同的体积比例混合这些出水。混合物在 150 rpm 下进行搅拌以达到平衡，随后在室温下静置沉降 48 小时。所得上清液经 Whatman 滤纸过滤。

测定的关键参数包括铬 (Cr) 浓度（通过原子吸收光谱法）、BOD、COD、总溶解固体 (Tس) 、浊度、电导率和 pH 值。研究采用了多种分析框架来验证研究结果：

动力学建模： 对脱钙-铬混合物和中和-铬混合物应用了伪一级动力学模型，以确定表观速率常数 ( $k_1$ )。
热力学分析： 计算了石灰-铬过程的标准吉布斯自由能变 ( $\Delta G^\circ$ )，以评估反应的自发性。
统计分析： 使用线性回归、敏感性分析、皮尔逊相关系数以及综合性能指数 (CPI) 来评估混合比例与去除效率之间的关系。

主要贡献与结果

铬去除： 研究在无需外部化学品的情况下实现了卓越的铬去除率。
- 石灰-铬混合： 在石灰与铬比例为 2:1 且 pH 为 8.4 时，最高去除效率达到 99.99%。
- 脱钙-铬混合： 去除效率在 98.58% 至 99.98% 之间，在 pH 为 6.9–7.4 时观察到最佳效果。
- 中和-铬混合： 去除效率在 83.32% 至 97.52% 之间，在中和与铬比例为 4:1 且 pH 为 6.1 时达到最高去除率 (97.52%)。
有机物与理化负荷削减：
- 脱钙-铬 (1:1 比例)： 实现了 81.9% 的 BOD、82.32% 的 COD、83.42% 的 TDS、91.05% 的浊度和 83.57% 的电导率去除。
- 中和-铬 (1:1 比例)： 在有机物和物理参数的降低方面表现出最高的整体效果：88.15% BOD、89.35% COD、91.37% TDS、94.48% 浊度和 92.08% 电导率。
- 石灰-铬 (1:2 比例)： 在 TDS、浊度和电导率去除方面表现出最佳性能，尽管其 BOD 去除率略低于中和混合物。
作用机制：
- 主要去除机制被确定为氢氧化物沉淀。石灰和中和出水的碱性特征提升了酸性铬鞣废水的 pH 值，导致可溶性 Cr(III) 沉淀为不溶性的氢氧化铬 [Cr(OH)₃]。
- Cr(OH)₃ 絮凝物的形成促进了有机物的共沉淀和吸附，从而降低了 BOD、COD 和浊度。
- 在脱钙过程中，硫酸铵有助于 pH 调节和络合作用，而在中和过程中，碳酸氢盐的水解驱动了 pH 值的升高。
动力学与热力学见解：
- 动力学： 脱钙-铬和中和-铬过程遵循表观伪一级动力学。随着碱性出水剂量的增加，速率常数 ( $k_1$ ) 也随之增加，表明反应速率受羟基离子和硫酸根可用性的控制。
- 热力学： 石灰-铬过程被发现是由热力学控制而非动力学限制的。计算出的 $\Delta G^\circ$ 值为负值（范围从 -10.10 到 -22.19 kJ/mol），证实了铬沉淀的自发性质。
敏感性分析： 线性回归和敏感性分析表明，在所有皮革厂中，BOD 去除是对混合比例变化最敏感的参数，而 COD 去除的敏感性相对较低。

意义与主张
作者声称，本研究通过利用皮革行业自身废水的固有化学特性，展示了一条可持续的皮革废水处理路径。通过将特定的出水（脱钙、石灰或中和）与铬鞣出水进行混合，该工艺实现了：

无试剂处理： 消除了对外部碱性物质或还原剂的需求，显著降低了运营成本。
高效率： 实现了超过 99% 的铬去除率以及有机物和物理污染物高达 94% 的大幅削减。
绿色工业化： 该方法通过减少污泥量和能耗，促进了“绿色工业化”，优于传统的化学或生物处理。
成本效益： 该方法被认为是清洁皮革行业用水最具成本效益的方式，因为它将废物管理问题转化为了一种自给自足的处理方案。

研究结论指出，虽然主导机制各异（脱钙/中和混合物受动力学控制，而石灰混合物受热力学平衡控制），但出水混合策略能有效净化皮革废水，使其在不具备传统处理技术缺陷的情况下，降低对环境的危害。

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