中和沉淀法去除廢水中重金屬離子

胡志龍 王斌 田斌 秦興榮 張靜 李秀燕/文

甘肅稀土新材料股份有限公司

1.引言

當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境問題一直是人類聚焦的熱點(diǎn)之一，面對越來越嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，解決由重金屬離子引起的水體污染是目前人類所面臨的重要問題之一，因此這些有毒重金屬應(yīng)該從廢水中去除以此來保證人類的健康和環(huán)境的優(yōu)美。為了解決一系列由重金屬離子引起的水體污染，各種不同的用于去除廢水中的重金屬離子的方法被很多的學(xué)者所研究，這些方法包括：化學(xué)沉淀、離子交換、膜過濾、電化學(xué)和吸附等。

中和沉淀法因其獨(dú)特的優(yōu)勢而被很多學(xué)者所青睞，如：工藝簡單，試劑成本相對較低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等。因此，本文采用中和沉淀法，通過選用不同的中和劑來去除幾種不同廢水中的重金屬離子，實(shí)驗(yàn)確定了中和沉淀法去除不同廢水中重金屬離子的最優(yōu)pH 值，在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了驗(yàn)證，并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑

氫氧化鈉（30%，甘肅稀土新材料股份有限公司），氫氧化鈣（92%，甘肅中隴天玉新材料有限公司），硫化鈉（天津大茂試劑有限公司）。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

pH 計(jì)（BPH-305，武漢吉爾德科技有限公司），電動(dòng)攪拌器（DJ1C，蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司），燒杯、移液管等玻璃儀器（南京科之都實(shí)驗(yàn)器材有限公司）。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）分別取200 毫升混碳線廢水、202 草沉廢水、鐠釹除鋅線廢水分別用氫氧化鈣調(diào)pH 值在4～10 過濾后檢測廢水中的重金屬含量。

（2）分別取200 毫升混碳線廢水、202 草沉廢水、鐠釹除鋅線廢水分別用氫氧化鈉調(diào)pH 值在4～10 過濾后檢測廢水中的重金屬含量。

（3）將202 草沉廢水加硫化鈉分別中和至pH為5～ 10。

3.結(jié)果與討論

（1）在不同pH 值下氫氧化鈣對廢水中鉛離子的去除

取萃取混碳線稀土分離廢水，測其鉛離子濃度和pH 值，然后各取200 ml 廢水將其分別置于7 個(gè)500 ml 燒杯中，分別加入一定量的氫氧化鈣漿液，將7 個(gè)燒杯中廢水的pH 分別調(diào)至：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，緩慢攪拌5 min，過濾后測其Pb2+濃度，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 在不同pH 值下氫氧化鈣對廢水中鉛離子的去除

由圖1 可知，隨著絮凝pH 值的增加，廢水中的Pb2+濃度逐漸減小，當(dāng)pH 值達(dá)到8 時(shí)濃度降到最小，為2.7 ppm，此后濃度基本不再發(fā)生變化，這是因?yàn)殡S著pH 的升高，廢水中的鉛離子逐漸和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鉛沉淀，從而使其濃度降低，當(dāng)氫氧化鈣濃度過高時(shí)，平衡又會(huì)向逆反應(yīng)發(fā)生，因此按上述實(shí)驗(yàn)工藝流程處理后廢水的pH 值為8 時(shí)除鉛效果最好。

（2）在不同pH 值下氫氧化鈉對廢水中鉛離子的去除

取萃取混碳線稀土分離廢水，測其鉛離子濃度和pH 值，然后各取200 ml 廢水將其分別置于7 個(gè)500 ml 燒杯中，分別加入一定量的氫氧化鈣漿液，將7 個(gè)燒杯中廢水的pH 分別調(diào)至：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，緩慢攪拌5 min，過濾后測其Pb2+濃度。結(jié)果如圖2 所示。

圖2 在不同pH 值下氫氧化鈉對廢水中鉛離子的去除

由圖2 可以看出，隨著pH 值的增加，廢水中的Pb2+濃度逐漸減小，當(dāng)pH 值達(dá)到8 時(shí)濃度降到最小，為10 ppm，此后濃度基本不再發(fā)生變化，這是因?yàn)殡S著pH 的升高，廢水中的鉛離子逐漸和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鉛沉淀，從而使其濃度降低，當(dāng)氫氧化鈉濃度過高時(shí)，平衡又會(huì)向逆反應(yīng)發(fā)生，因此按上述實(shí)驗(yàn)工藝流程處理后廢水的pH 值為8 時(shí)除鉛效果最好。對比圖1 和圖2 可以得到氫氧化鈣比氫氧化鈉中和除鉛效果更好，這是因?yàn)槔脷溲趸}乳液中和廢水時(shí)可以將廢水中的很多渣一并過濾除去，這樣就可以進(jìn)一步降低廢水中的重金屬離子濃度。

（3）加入硫化鈉反應(yīng)后對廢水中鉛離子的去除

取萃取混碳線稀土分離廢水，測其鉛離子濃度和pH 值，加入氫氧化鈉化鈣漿液將其pH 結(jié)果值調(diào)為4，然后加入一定量的硫化鈉，反應(yīng)30 min,過濾后將其pH 值依次調(diào)到5～ 10，過濾后測其Pb2+濃度，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 加入硫化鈉反應(yīng)后對廢水中鉛離子的去除

由圖3 可以看出，加入硫化鈉反應(yīng)后對廢水中的Pb2+沒有本質(zhì)的影響，當(dāng)pH 調(diào)為8 時(shí)，廢水中的Pb2+降到了2 ppm，因此采用氫氧化鈣直接中和沉淀不僅方便，而且可以大幅度降低成本。

（4）先用氫氧化鈉中和再用氫氧化鈣中和后對廢水中鉛離子的去除

取萃取混碳線稀土分離廢水，測其鉛離子濃度和pH 值，先加入氫氧化鈉將其pH 結(jié)果值調(diào)為4，然后加入一定量的氫氧化鈣，將其pH 值依次調(diào)到5～ 10，過濾后測其Pb2+濃度，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 先用氫氧化鈉中和再用氫氧化鈣中和后對廢水中鉛離子的去除

從圖4 可知，先加入氫氧化鈉中和再加入氫氧化鈣中和反應(yīng)后對廢水中的Pb2+沒有本質(zhì)的影響，當(dāng)pH 調(diào)為8 時(shí)廢水中的Pb2+降到了1.7 ppm，但是用此方法的優(yōu)點(diǎn)在于中和過程中可以減少大量的渣，從而減少固體廢渣，因此將此方法最終選定為生產(chǎn)線運(yùn)行工藝。

（5）在相同pH 條件下用最終工藝對廢水中不同重金屬離子的去除

由圖5 可以看出，先用氫氧化鈉將廢水pH 中和到4，然后再用氫氧化鈣將pH 中和到8，最終可以將廢水中的鉛離子降到1.7 ppm，錳離子降到0.1 ppm，鋅離子降到0.47 ppm。

圖5 在相同pH 條件下用最終工藝對廢水中不同重金屬離子的去除

4 結(jié)論

本文用中和沉淀法去除廢水中的重金屬離子，通過選用不同的中和劑，并通過調(diào)節(jié)廢水pH 值，最終確定了生產(chǎn)線工藝：先用氫氧化鈉將廢水pH調(diào)到4，再用氫氧化鈣將其pH 調(diào)到8。按照以上確定的最優(yōu)工藝條件，在甘肅稀土新材料股份有限公司廢水處理生產(chǎn)線上進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證，最終可以將廢水中的鉛離子降到1.7 ppm，錳離子降到0.1 ppm，鋅離子降到0.47 ppm。