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前言
據(jù)不完全統(tǒng)計,我國電鍍廠每年排出的廢水約40億m3[1]。電鍍廢水不僅量大,而且對環(huán)境污染也嚴重。由于含有自然界不能降解的重金屬離子,因此,對電鍍廢水的處理歷來受到各國政府的重視。對電鍍廢水處理主要有化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法和膜處理法[2]等。化學(xué)法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的。化學(xué)法處理電鍍廢水具有技術(shù)成熟、投資小、處理成本低、適應(yīng)性強、管理方便、自動化程度高等諸多優(yōu)點,加上砂濾能使出水水質(zhì)澄清,達標排放,不失為既經(jīng)濟又有效的一種方法。本文研究了氫氧化鈉中和沉淀酸性含銅電鍍廢水的影響因素,得到了重金屬銅去除率較高的反應(yīng)條件。
1實驗
1.1儀器與試劑
721型可見分光光度計(上海欣茂儀器有限公司),JJ1型精密電動攪拌器(蘇州威爾實驗用品有限公司),PHS3C型精密酸度計(上海大普儀器有限公司);氫氧化鈉(分析純),聚丙烯酸鈉,聚丙烯酰胺,聚乙烯醇。
1.2實驗水樣
實驗水樣取自貴陽市083系統(tǒng)宇光分公司電鍍車間酸性含銅廢水。
1.3實驗方法
移取400mL實驗水樣于500mL燒杯中,加入一定量的氫氧化鈉溶液,攪拌一定時間后,加入一定量的絮凝劑,沉降,靜置過濾。經(jīng)分光光度法[3]檢測濾液中銅離子的質(zhì)量濃度,計算廢水中銅離子的去除率。
2結(jié)果與討論
2.1pH值對銅去除效果的影響
pH值對銅去除效果有最直接的影響。實驗水樣中Cu2+的質(zhì)量濃度為367mgL,攪拌時間4min,在室溫下進行。配制質(zhì)量分數(shù)為20%的氫氧化鈉。改變氫氧化鈉加入量,以調(diào)節(jié)廢水pH值,試驗結(jié)果如圖1所示。
PH值與濾液中銅的質(zhì)量濃度的關(guān)系
圖1是在實驗過程中,用氫氧化鈉溶液來調(diào)節(jié)廢水pH值,測得的pH值與沉淀過濾后濾液中銅的質(zhì)量濃度的關(guān)系曲線。
從圖1可以看出,剛開始反應(yīng)時,隨著溶液pH值的增加,其濾液中銅的質(zhì)量濃度變化較小;當溶液pH=5.6～8.5時,在此段pH值范圍內(nèi),濾液中銅的質(zhì)量濃度變化很大。當溶液pH值達到8.5左右時,濾液中銅的質(zhì)量濃度小于1mgL。隨著溶液pH值的繼續(xù)增加,當pH>11.3左右時,濾液中銅的質(zhì)量濃度又逐漸增大,變化較小,同時沉淀顏色由淺藍色變?yōu)樯钏{色。當pH>13.5后,濾液中銅隨pH值的增加繼續(xù)增大,且變化較大。
2.2攪拌時間對銅去除率的影響
固定水樣中的Cu2+的質(zhì)量濃度為367mgL,加入氫氧化鈉溶液,控制廢水pH值8.5,改變攪拌時間,結(jié)果如圖2所示。
攪拌時間對銅去除率得影響
從圖2中可看出,氫氧化鈉中和沉淀銅離子的速率較快,在攪拌時間2min以內(nèi),銅去除率高達99.78%。隨著攪拌時間的增加,銅去除率隨之有所增加,但變化較小。因此,攪拌時間對銅去除率影響不大,考慮到攪拌時間包括加堿及反應(yīng)時間,故取攪拌時間4min即可。
2.3溫度對銅去除率的影響
固定水樣中的Cu2+的質(zhì)量濃度為367mgL,控制廢水pH值8.5,攪拌時間4min,改變反應(yīng)溫度,結(jié)果如圖3所示。
溫度對銅去除的影響
由圖3可看出,隨著溫度的升高,銅去除率呈下降趨勢,但銅去除率變化較小。因此,溫度對氫氧化鈉處理含銅廢水的影響不大,故選擇室溫下進行廢水處理。
2.4絮凝劑對固液分離的效果
由于所得到的氫氧化銅沉淀顆粒微細而疏松,沉淀時間較長,1h后上清液中仍有細小顆粒未能沉降至底部,上層清液未完全澄清透明,且上層清液稍加攪拌,沉淀又會上浮,影響上層清液的排放和沉淀的效果。因此,需選取合適的絮凝劑,使沉淀顆粒增大,加速沉淀速度,縮短沉淀時間。
本實驗選取3種高分子絮凝劑:聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸鈉(PAAS)、聚乙烯醇(PVA)。這3種有機絮凝劑不與沉淀發(fā)生化學(xué)反應(yīng),有利于沉淀。
將廢水加堿中和沉淀后,分別加入一定量的絮凝劑(均配制質(zhì)量濃度為0.5gL),再傾入500mL量筒內(nèi),觀察其沉淀高度。考察加入絮凝劑后,沉降時間與沉淀高度關(guān)系,得到圖4、5、6。
PAM、PAAS對沉降時間與沉積高度的關(guān)系
由圖4可看出,當加入質(zhì)量濃度為0.5gL的PAM3.5mL時,沉淀下降最快,且最終沉淀高度最低。但在實驗過程中,觀察其沉降過程,其生成的絮狀體易破碎,致使有部分絮體漂浮在上層清液中,久久不能沉降,因此,加入PAM2.5mL時絮凝沉降效果最好。
從圖5可看出,當加入質(zhì)量濃度為0.5gL的PAAS1.5mL時,以及從圖6表明,當加入質(zhì)量濃度為0.5gL的PVA2.5mL時,絮凝沉降效果最好。
PVA對沉降時間與沉淀高度的關(guān)系
綜合考慮,當加入質(zhì)量濃度為0.5gL的聚丙烯酸鈉1.5mL時沉降速度最快,且絮體較為密實,顯示較好的穩(wěn)定性,利于固液分離,其絮凝沉降效果最好。
3結(jié)論
(1)對酸性含銅電鍍廢水,其處理效果最優(yōu)條件為:控制pH值8.5,攪拌時間為4min,常溫,處理后的廢水中銅離子的質(zhì)量濃度顯著低于國標規(guī)定的污水排放標準[4]。
(2)加入高分子有機絮凝劑聚丙烯酸鈉,顯著提高沉降速度,顆粒明顯增大,利于后期對銅的回收。與一般處理廢水所選用有機絮凝劑與無機絮凝劑混合投加絮凝效果相比較,本實驗考慮到后期回收銅,故只選用有機絮凝劑。雖然聚丙烯酸鈉的單價較常用有機絮凝劑聚丙烯酰胺的高,但其用量少,且沉淀效果優(yōu)于聚丙烯酰胺的。綜合來看,選用聚丙烯酸鈉作為處理酸性含銅電鍍廢水的絮凝劑,效果較優(yōu)。
