兩步混凝法去除電鍍廢水中的銅和鎳

劉耀興 雷玉新 廖再毅 吳曉云 歐陽通 紀(jì)道斌 陳建軍

（1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.廈門大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建 廈門 361005）

電鍍廢水來源于鍍件漂洗水、廢槽液、設(shè)備冷卻水和沖洗地面水，廢水中含有大量的重金屬離子，毒性較大，排入環(huán)境對環(huán)境和人體具有較大的危害.目前電鍍廢水的處理方法主要有混凝沉淀法［1-2］、膜方法［3］、吸附法［4-5］、生物方法［6］等.其中混凝沉淀方法因其去除效率高、設(shè)備成本低、運行管理簡單等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛.如楊麗芳等［7］利用FeSO4和PAC兩種混凝劑對電鍍廢水中的低濃度Ni2＋進(jìn)行了去除研究，發(fā)現(xiàn)溶液pH為9.6，F(xiàn)eSO4濃度為3.7mg／L時，Ni2＋具有最佳的去除效果；張志軍等［8］利用FeSO4和PAC對電鍍廢水中的Cu2＋進(jìn)行去除，發(fā)現(xiàn)溶液pH為8.0，投加量為12.5mg／L時具有最佳的效果，Cu2＋去除率可達(dá)99.2%.

江蘇某電鍍廠廢水中主要含有Cu2＋和Ni2＋兩種金屬離子，目前該工廠主要用混凝的方法對廢水中的兩種金屬離子進(jìn)行去除，但成本相對較高.本研究以該電鍍廠廢水為對象，通過優(yōu)化廢水處理過程、混凝劑類型、混凝劑和助凝劑投加量、溶液pH等實驗條件，設(shè)計兩步混凝沉淀法對該電鍍廢水進(jìn)行處理，經(jīng)處理的廢水可達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的各種排放限值.

1 實驗部分

1.1 試驗水樣

本試驗研究用水取自該電鍍廠，水質(zhì)指標(biāo)見表1.

表1 原水樣水質(zhì)指標(biāo)

1.2 試劑與儀器

氫氧化鈣、氫氧化鈉（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純），鹽酸（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，分析純），聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、分子量1200萬陰離子型聚丙烯酰胺（鞏義市震宇凈水材料廠），超純水（18.2MΩ）.

酸度計，UB-7，美國Denver；火焰石墨爐原子吸收儀，900T，美國PE；六聯(lián)式攪拌器，JJ-4型，上海比郎儀器有限公司.

1.3 試驗方法與步驟

1）中和過程.使用氫氧化鈣溶液將酸性電鍍廢水調(diào)節(jié)至堿性.

2）第一步混凝沉淀.向調(diào)節(jié)pH后的廢水中加入助凝劑PAM，進(jìn)行混凝沉淀.

3）第二步混凝沉淀.向第一步混凝沉淀的上清液中加入一定量的混凝劑和助凝劑，進(jìn)行混凝沉淀.

4）測定.取第二步混凝沉淀后的上清液進(jìn)行金屬離子濃度測定.

混凝沉淀步驟：首先調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為300r／min，持續(xù)1min；再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100r／min，持續(xù)2min；之后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為40r／min，持續(xù)2min；最后靜置15min.

1.4 測定方法

廢水pH采用酸度計測定；Cu2＋和Ni2＋兩種金屬離子采用原子吸收法測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)節(jié)pH試劑與混凝劑類型優(yōu)化

中和酸性廢水一般用氫氧化鈉和氫氧化鈣兩種試劑，但氫氧化鈉和氫氧化鈣對混凝效果具有一定的影響.此部分試驗分別用氫氧化鈉和氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)廢水pH至10后，在PAM的投加量為0.15g／L，混凝劑聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵與聚合氯化鋁1∶1溶液的投加量為0.75g／L的條件下，考察氫氧化鈉、氫氧化鈣分別作為調(diào)節(jié)pH試劑以及混凝劑類型對廢水處理效果的影響，結(jié)果如圖1所示.

圖1 調(diào)pH試劑類型與混凝劑類型對Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影響

由圖1發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)選擇c混凝劑時，氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH與氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH對Ni2＋、Cu2＋處理效果的影響不明顯，而選擇a、b和d 3種混凝劑時，與氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH相比，氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH時，廢水中的Ni2＋、Cu2＋兩種重金屬離子均具有更好的去除效果，處理后水中的離子濃度更低.同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用單一的聚合硫酸鐵為混凝劑時，處理后廢水中兩種金屬離子的濃度最高，廢水處理效果最差；當(dāng)使用單一的聚合氯化鋁鐵為混凝劑時，處理后廢水中Ni2＋、Cu2＋的濃度最低，對該廢水的處理效果最好.接下來的試驗中就選擇用氫氧化鈣調(diào)節(jié)廢水pH，選擇聚合氯化鋁鐵為混凝劑.

2.2 溶液pH的優(yōu)化

在混凝劑聚合氯化鋁鐵投加量為0.75g／L，助凝劑PAM 投加量為0.15g／L，廢水pH 分別為7.0、8.0、9.0、10.0、11.0和12.0時，研究溶液pH 對廢水處理效果的影響，結(jié)果如圖2所示.由圖2可見，隨著廢水pH由7.0升高至11.0時，處理后水中Ni2＋、Cu2＋濃度逐漸降低；廢水pH高于11.0時，處理后水中Ni2＋、Cu2＋濃度緩慢升高.當(dāng)溶液pH為11.0時，廢水中兩種金屬離子的去除效果最好，處理后廢水中Ni2＋、Cu2＋的質(zhì)量濃度分 別 為0.11mg／L 和0.21 mg／L.這主要是因為，當(dāng)廢水pH為11.0時，經(jīng)過第一步沉淀后的廢水pH適合聚合氯化鋁鐵形成鐵、鋁的各種配合物或聚合物，使得聚合氯化鋁鐵對金屬離子具有更好的去除效果.當(dāng)廢水pH偏低時，形成的鐵、鋁各種配合物或聚合物較少，以致對金屬離子的去除較差；當(dāng)廢水pH偏高時，由于鋁是典型的兩性金屬，在高pH條件下，鋁鹽會再次溶解，使得對金屬離子的去除效果較差［9］.

圖2 廢水pH對Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影響

2.3 混凝劑投加量優(yōu)化

在溶液pH為11.0，助凝劑PAM投加量為0.15 g／L，混凝劑聚合氯化鋁鐵投加量分別為0.25、0.5、0.75、1.0、1.5和2.0g／L的條件下，考察聚合氯化鋁鐵投加量對廢水處理效果的影響，結(jié)果如圖3所示.

圖3 聚合氯化鋁鐵投加量對Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影響

由圖3可見，隨著聚合氯化鋁鐵投加量的增加，處理后廢水中Ni2＋、Cu2＋的濃度先降低后升高，當(dāng)聚合氯化鋁鐵投加量為1.0g／L時，處理水中Ni2＋、Cu2＋的質(zhì)量濃度最低，分別為0.06mg／L 和0.17 mg／L.當(dāng)投加量小于1.0g／L時，兩種金屬離子的去除效果隨著聚合氯化鋁鐵投加量的增加而升高，主要是因為隨著聚合氯化鋁鐵投加量的增加，形成的鋁鹽和鐵鹽的氫氧化物增多，對兩種金屬離子的吸附和網(wǎng)捕作用增強；當(dāng)聚合氯化鋁鐵投加量大于1.0g／L時，會因為廢水中存在過多的聚合鐵和鋁，而產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用，使膠粒電荷變號或使膠粒被包卷而重新穩(wěn)定［9］，不利于廢水中 Ni2＋、Cu2＋的去除.

2.4 助凝劑PAM投加量優(yōu)化

在廢水pH為11.0、聚合氯化鋁鐵投加量為1.0 g／L、PAM 投加量分別為0.05、0.10、0.15、0.2、0.25和0.3g／L的條件下，考察PAM投加量對廢水處理效果的影響，結(jié)果如圖4所示.

圖4 PAM投加量對Ni 2＋、Cu2＋去除效果的影響

由圖4可見，隨著PAM投加量的增加，處理后廢水中Ni2＋、Cu2＋濃度先降低后升高，當(dāng)PAM投加量為0.2g／L時，Ni2＋、Cu2＋同時具有最好的去除效果，處理后廢水中的質(zhì)量濃度分別為0.06mg／L和0.13mg／L.PAM主要是通過吸附架橋作用而提高廢水中重金屬離子的去除效果，當(dāng)PAM投加量低于0.2g／L時，隨著PAM 投加量的增加，Ni2＋、Cu2＋去除效果增加的主要原因是因為隨著PAM投加量的增加，會有較多的金屬膠粒通過吸附架橋作用而被去除；但PAM 投加量高于0.2g／L時，Ni2＋、Cu2＋的去除效果隨PAM投加量的增加而降低，主要是因為當(dāng)廢水中存在過多的PAM時，會使得金屬膠粒被PAM大面積包卷甚至全包卷，而產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用［9］，使得金屬膠粒不易被去除.

3 結(jié) 論

試驗結(jié)果表明，本研究方法對該電鍍廢水中的Ni2＋、Cu2＋具有良好的去除效果，并可大大降低處理成本，主要結(jié)論如下：1）與氫氧化鈉相比，使用氫氧化鈣調(diào)節(jié)廢水pH對該混凝工藝處理電鍍廢水中的Ni2＋、Cu2＋的去除效果更佳.2）廢水pH 為11.0、聚合氯化鋁鐵投加量為1.0g／L，助凝劑PAM投加量為0.2g／L為該廢水的最佳處理條件.3）最佳處理條件下的處理成本為1.9元／噸電鍍廢水.

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