含銅酸性廢水中和藥劑的試驗研究

李德有，曹 燁，賴才書，溫雄明，廖廣華

（1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭 364200；2.湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100）

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含銅酸性廢水中和藥劑的試驗研究

李德有1，曹 燁2，賴才書1，溫雄明1，廖廣華1

（1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭 364200；2.湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100）

試驗從實際條件出發(fā)，剔除了溫度、壓強、少量重金屬離子等各種不可控因素的影響，研究了廢水處理藥劑——石灰及液堿的最佳添加量，并比較了反應(yīng)沉淀物的體積。在試驗條件下，處理1 L某區(qū)域含銅酸性廢水需添加石灰5 g，或添加液堿8 mL，廢水靜置24 h后，添加石灰的反應(yīng)沉淀物體積為150 mL，添加液堿的反應(yīng)沉淀物體積為340 mL，其上清液均符合污水一級排放標(biāo)準(zhǔn)。綜合各種因素，處理某廠的含銅酸性廢水采用石灰仍具有優(yōu)勢。

含銅酸性廢水；中和藥劑；石灰；液堿

某廠的含銅酸性廢水主要來自A區(qū)域、B庫區(qū)、C硐（含引流的D硐坑水），廢水偏酸性，含高銅、高鐵離子，兼有少量的鈣、鎂等離子。目前該區(qū)域廢水處理系統(tǒng)主要采用石灰中和法來除酸降銅、鐵，石灰中和法有工藝技術(shù)成熟、操作簡單、管理方便、中和藥劑來源廣等優(yōu)點，但其會產(chǎn)生大量的中和沉淀渣，擠占庫容，且若無充分的反應(yīng)條件，反應(yīng)較不完全，易造成石灰浪費。目前該區(qū)域石灰倉下游就因反應(yīng)時間較短而積壓了大量的未充分反應(yīng)的石灰漿，而且中和沉淀渣大量積壓在E庫區(qū)，擠占庫容。為了緩解E庫區(qū)庫容日益縮小的壓力，該區(qū)域廢水處理藥劑擬改用濃度為30.51%的液堿。而液堿作為新引進(jìn)的廢水處理藥劑，價格偏高，但其具有反應(yīng)充分、操作簡單等優(yōu)點。因此，本試驗在廢水處理達(dá)標(biāo)（［CuT］≤0.5 mg／L、pH值6～9）的前提下，進(jìn)行兩種廢水處理藥劑的添加比對，進(jìn)而找出符合該廠實際的最佳藥劑添加量。

1 試驗原理與方法

中和法是利用堿性藥劑或酸性藥劑將廢水從酸性或堿性調(diào)整到中性附近的一類處理方法［1，2］。中和處理發(fā)生的主要反應(yīng)是酸與堿生成鹽和水的中和反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

由于酸性廢水中常溶解有重金屬鹽，在用堿進(jìn)行中和處理時，還可生成難溶的金屬氫氧化物或碳酸鹽沉淀，反應(yīng)式如下：

其中三價氫氧化鐵膠體為表面活性物質(zhì)，可將砷、亞砷酸鈣、砷酸鐵鹽及其它雜質(zhì)吸附成絮凝沉降，加快沉降速度。

該區(qū)域廢水處理系統(tǒng)處理的廢水具有含銅、鐵離子高，pH值偏低的特點，將其作為試驗用水比較符合工作實際。本試驗從實際條件出發(fā)，剔除了反應(yīng)溫度、壓強、少量重金屬離子等各種不可控因素的影響，主要考查上清液總銅濃度與藥劑（石灰、液堿）投藥量、反應(yīng)沉淀物體積與靜置時間的關(guān)系。在相似條件下，分別投加不同量的藥劑與多組1 L廢水充分反應(yīng)，然后將反應(yīng)后的廢水在1 000 mL的量筒中靜置沉淀，隨著時間的推移，記錄沉淀物的體積，24 h后，測量上清液的總銅濃度。通過多次試驗，得出處理同等條件下的廢水所需的藥劑量［3］。

試驗用水經(jīng)過檢測得出Fe3＋濃度為390.0mg／L，CuT濃度為221.2 mg／L，在理論模型下按等當(dāng)量反應(yīng)的原則計算藥劑投加量，然后再根據(jù)結(jié)果值調(diào)整投加量，最后綜合實際情況計算出最佳藥劑投加量［4］。

理論模型下主要涉及以下反應(yīng)［5］：

式中：M為熟石灰質(zhì)量／g；n為試驗廢水pH值；v為試驗廢水體積／L；C1為總銅濃度／g·L－1；C2為Fe3＋濃度／g·L－1；C3為熟石灰有效鈣百分比／%。

液堿添加量公式如下：

式中：M為液堿體積／L；n為試驗廢水pH值；v為試驗廢水體積／L；C1為總銅濃度／g·L－1；C2為Fe3＋濃度／g·L－1；C3為NaOH濃度／%；ρ為NaOH濃度為30.51%的液堿密度／kg·m－3，此試驗中取值為1.33。

長期以來，由于體制、機制、技術(shù)上的限制，我國并沒有系統(tǒng)的開展統(tǒng)一的地理國情監(jiān)測，多頭開展和多部門共同參與地理國情監(jiān)測帶來數(shù)據(jù)重復(fù)采集、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一和監(jiān)測結(jié)果主觀性等問題，無法滿宏觀決策和公共服務(wù)對地理國情的真實需求，因此準(zhǔn)確規(guī)范的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)顯得尤為重要。地理國情普查的一個主要目的就是利用其精確普查的地表三維數(shù)據(jù)和各種要素集為地理國情監(jiān)測系統(tǒng)提供規(guī)范完整的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)[3]，有利于建立統(tǒng)一的地理國情監(jiān)測體系和權(quán)威發(fā)布平臺，為下一步開展常態(tài)化的土地利用、生態(tài)環(huán)境、能源礦產(chǎn)評估、水資源、自然災(zāi)害等地理國情監(jiān)測打下夯實的基礎(chǔ)。

2 試驗材料與設(shè)備

試驗所需材料及試劑見表1。

表1 試驗材料及試劑

試驗所需設(shè)備及物品見表2。

表2 試驗設(shè)備及物品

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 試驗數(shù)據(jù)

該礦山含銅酸性廢水處理結(jié)果見表3。

表3 含銅酸性廢水處理試驗結(jié)果

3.2 上清液總銅濃度、pH值與投藥量的關(guān)系

試驗中，石灰添加量對上清液總銅濃度和pH值的影響如圖1所示。

從圖1中可以看出，隨著石灰添加量的增加，pH值隨之增大，但總銅濃度卻逐漸減小。這是因為強堿性的石灰不斷中和廢水中的H＋，同時銅離子與OH－離子結(jié)合產(chǎn)生Cu（OH）2沉淀物。石灰添加量在4.9～6 g時，處理的廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。從圖1中也可以看出，pH值7～8時，廢水總銅離子濃度是達(dá)標(biāo)的，這是因為此時水呈堿性，OH－離子除了中和銅離子外，還剩余一些在水中游離。當(dāng)pH值＞9時，石灰添加量明顯過量。在日常廢水處理中，可通過調(diào)控pH值來達(dá)到廢水處理達(dá)標(biāo)的目的。

圖1 上清液總銅濃度、pH值與石灰投藥量的關(guān)系

液堿添加量對上清液總銅濃度和pH值的影響如圖2所示。

圖2 上清液總銅濃度、pH值與液堿投藥量的關(guān)系

從圖2中可以看出，液堿添加量在7.6～8.8 mL時，處理的廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 反應(yīng)沉淀物體積與時間的關(guān)系

試驗反應(yīng)時間對反應(yīng)沉淀物體積的影響如圖3所示。

圖3 反應(yīng)沉淀物體積與靜置時間的關(guān)系

從圖3中可以看出，隨著靜置時間的推移，反應(yīng)沉淀物體積逐漸壓縮變小，但在一定時間后體積變化不大。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

本次試驗是在剔除各種不可控因素的情況下進(jìn)行的，試驗主要考查了處理同等條件下的廢水所需添加的石灰及液堿最佳投藥量，并比較反應(yīng)24 h后的沉淀物體積，得出了如下結(jié)論：

1.處理1 L本試驗用水的最佳石灰投藥量為5 g，最佳液堿投藥量為8 mL。

2.處理1 L本試驗用水投加5 g石灰時，反應(yīng)24 h后的沉淀物體積為150 mL；投加8 mL液堿時，反應(yīng)24 h后的沉淀物體積為340 mL。

3.添加液堿的反應(yīng)沉淀物沉降速度明顯慢于添加石灰的反應(yīng)沉淀物沉降速度，而沉淀物體積明顯大于添加石灰時的沉淀物體積。

4.2 建 議

針對該廠含銅酸性廢水處理投藥量進(jìn)行的試驗分析，結(jié)合該廠實際條件，給出以下建議：

1.從經(jīng)濟(jì)因素考慮，處理本試驗用水，添加石灰投藥量按5 g／L計，石灰成本按400元／t計，因在廢水處理中投加石灰時存在反應(yīng)不充分的現(xiàn)象，廢水處理實際投藥量應(yīng)上浮20%按6 g／L計，添加石灰的藥劑成本為2.4元／m3；添加液堿投藥量按8 mL／L計，液堿成本按870元／t計，添加液堿的藥劑成本為9.26元／m3。因此，處理本試驗用水添加石灰具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.從反應(yīng)沉淀物體積來比較，處理1 L本試驗用水石灰投藥量為5 g時，靜置24 h后的反應(yīng)沉淀物體積為150 mL，而液堿投藥量為8 mL時的反應(yīng)沉淀物體積為340mL。經(jīng)過觀察，發(fā)現(xiàn)投加石灰后，其反應(yīng)沉淀物較密實，且底層存在一些沙石；而投加液堿的反應(yīng)沉淀物較松散，呈絮狀懸浮狀態(tài)，這有利于E庫區(qū)船泵清淤作業(yè)，但卻不利于船泵工業(yè)水的回抽，因為水流發(fā)生紊流，懸浮的絮狀沉淀物極易上升到水面，被輸送到選礦工藝系統(tǒng)內(nèi)影響工藝指標(biāo)。綜合考慮，處理本試驗用水投加石灰稍具優(yōu)勢。

3.因液堿在廢水處理中具有其自身的優(yōu)點，如反應(yīng)較完全、添加方便等，可將其與石灰結(jié)合使用，用于調(diào)節(jié)水質(zhì)的pH值，如本試驗的5g石灰＋1mL液堿組合，明顯提高了pH值，或者在突發(fā)情況下將其作為應(yīng)急物質(zhì)使用。

4.面臨E庫區(qū)庫容日益縮小的壓力，從藥劑的選擇上是找不到出路的，因為反應(yīng)沉淀物的物質(zhì)數(shù)量是一定的，不會因藥劑的改變而變化，而只有從反應(yīng)沉淀物的轉(zhuǎn)移上著手，才是最終出路。與其每年花大量人力、物力在庫區(qū)抽漿，倒不如盡快完善廢水處理系統(tǒng)，例如建立“簡易底泥回流工藝”廢水處理系統(tǒng)，既可以有效提高石灰利用率，又可以及時轉(zhuǎn)移反應(yīng)沉淀渣。

［1］ 白潤才，李彬，李三川，等.礦山酸性廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.長江科學(xué)院院報，2015，32（2）：14－19.

［2］ 楊曉松，邵立南.有色金屬礦山酸性廢水處理技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.有色金屬，2011，63（1）：114－117.

［3］ 徐勁，孫水裕，蔡河山，等.Fenton試劑處理選礦廢水的實驗研究［J］.環(huán)保科學(xué)與技術(shù)，2005，28（6）：9－11.

［4］ 萬俊峰，李光明.Fenton試劑在污水處理上的發(fā)展與展望［J］.江蘇環(huán)境科技，2005，18（3）：36－39.

［5］ Lin S H，Lin C M.Operating characteristics and kineticstudies of surfactantwastewater treatmentby Fenton oxidation［J］.WaterRes，1999，33（7）：24－28.

Experimental Research of Agentia for Neutralizing Copper-containing Acid W astewater

LIDe-you1，CAO Ye2，LAICai-shu1，WEN Xiong-ming1，LIAO Guang-hua1
（1.Zijin Mining Group Co.，Ltd，Shanghang 364200，China；2.Hunan Research Institute of NonferrousMetals，Changsha 410100，China）

Proceeding from practical condition，eliminates the influence of uncontrollable factors such as temperature，pressure，tiny amount of heavy metal ions and so on，the research focuses on the optimal adding amount of the agentia，lime and sodium hydroxide，for wastewater treatment，and compares volumes of different reacting sediments. Under experiment condition，5 g of lime or 8 mL of sodium hydroxide are needed for treating 1 liter of coppercontaining acid waste water.After 24 hours standing of the wastewater，the volume of lime reacting sediment is 150 mL and sodium hydroxide＇s reacting sediment is 340 mL，both of the supernates comply with GB18918-2002. Considering all factors，applying lime to treat copper-containing acid waste water still have advantages.

copper-containing acid waste water；neutralizing agent；lime；sodium hydroxide

X758

A

1003－5540（2017）01－0058－03

2016－11－12

李德有（1983－），男，工程師，主要從事礦山環(huán)境保護(hù)管理工作。