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重金屬絮凝劑處理含銅工業廢水

文章出處:未知發表時間:2021-12-16 14:28:08


 

圖片6 

 

  含銅廢水主要來自銅的加工、冶煉以及電鍍等行業,為了減輕其對環境的污染和人體安康的危害,需經處置達標后排放。在含銅廢水的眾多處置辦法中,傳統化學沉淀法因具有工藝簡單、操作便當、經濟適用等優勢而被普遍運用。企業若將現有的化學沉淀法改為其他處置辦法,如吸附法、電解法、離子交流法等,需改換或增加處置設備、構筑物等,因而提升了處置費用。

 

  高分子重金屬絮凝劑是經過化學反響將重金屬離子的某些強配位基團接枝到現有高分子絮凝劑中,使其具有重金屬捕集功用的一類新型高分子絮凝劑,采用該類絮凝劑可直接應用企業現有的沉淀法處置構筑物,無需改造或增加處置單元。聚乙烯亞胺基黃原酸鈉(PEX)、巰基乙酰化胺甲基聚丙烯酰胺(MAAPAM)就屬于該類絮凝劑。筆者在研討中發現,PEXMAAPAM對含銅廢水均具有較好的處置效果,但PEX制備本錢高,MAAPAM投加量大,從而形成單獨運用PEXMAAPAM處置含銅廢水時費用均偏高。鑒于此,本研討以含銅模仿廢水為調查對象,先投加一定量的MAAPAM將廢水中大局部的Cu2+除去,然后采用少量的PEX處置剩余的Cu2+使其達標排放,以期降低處置本錢,并為PEXMAAPAM復配處置含銅廢水提供根底實驗數據和技術參考。

 

  一、實驗局部

 

  1.1試劑與儀器

 

  PEX由聚乙烯亞胺、二硫化碳和氫氧化鈉為原料自制,其構造見式(1)

 

圖片12 

  MAAPAM由聚丙烯酰胺、甲醛、二甲胺和巰基乙酸為原料自制,其構造見式(2)

 

圖片13 

  含Cu2+模仿廢水由CuCl22H2O和自來水配制。實驗所用試劑均為剖析純。

 

  主要儀器院220FS型原子吸收分光光度計,美國瓦里安公司;JB-2型恒溫磁力攪拌器,上海雷磁新涇儀器有限公司;ORION828pH測試儀,美國奧立龍中國公司;FA2004型電子天平,上海精細科學儀器有限公司;TS6-1型程控混凝實驗攪拌儀,武漢恒嶺科技有限公司。

 

  1.2實驗辦法

 

  400mL一定濃度的含Cu2+模仿廢水參加燒杯中,用HCl溶液調理pH,采用程控混凝實驗攪拌儀,投加MAAPAMPEX,快攪(120r/min)2min,再慢攪(40r/min)10min,靜置沉降10min后,用移液管汲取上清液經過原子吸收分光光度計測試Cu2+剩余濃度。

 

  二、結果與討論

 

  2.1單獨投加PEXMAAPAM的除Cu2+效果

 

  2.1.1pH的影響

 

  取Cu2+初始質量濃度為25mg/L的含Cu2+模仿廢水樣,調理pH分別為2.03.04.05.06.0,投加不同量的PEXMAAPAM實行絮凝實驗,結果見圖1

 

圖片14 

  由圖1可知,廢水pHPEXMAAPAM去除Cu2+均具有較大的影響;在較低pH下,Cu2+的去除率較低;增大致系pH后,相同投加量下Cu2+的去除率也升高;且PEX對廢水中Cu2+的去除效果優于MAAPAM

 

  當向廢水中投加PEXpH2.0時,Cu2+最高去除率為99.7%(PEX投加量為165mg/L)pH3.0~6.0時,Cu2+最高去除率均為100%(PEX投加量均為135mg/L);當廢水pH3.0PEX投加量為105mg/L時,Cu2+的去除率為99.6%,出水對應的Cu2+剩余質量濃度為0.110mg/L,可做抵達標排放(依照相關的行業規范,Cu2+排放質量濃度限值為0.5mg/L)

 

  當向廢水中投加MAAPAMpH2.0時,Cu2+去除效果均很差,最高去除率僅為18.0%;廢水pH3.0~5.0時,MAAPAMCu2+最高去除率為81.9%~86.2%;當廢水pH6.0時,MAAPAM對廢水中Cu2+的去除效果較好,MAAPAM投加量為105mg/L時,Cu2+去除率為99.7%,出水對應的Cu2+剩余質量濃度為0.065mg/L,也可做抵達標排放。

 

  此外,PEX到達較高去除率時對應的投藥范圍較寬,而投加MAAPAM的量超越最佳點后Cu2+的去除率會呈現降低趨向。這是由于PEX高分子鏈中的二硫代羧基和MAAPAM高分子鏈中的巰基均含有與Cu2+發作配位的S原子,構成不溶性的螯合沉淀物可使Cu2+從廢水中被除去。當升高體系pH后,PEX中的二硫代羧基和MAAPAM中的巰基均會發作解離,且解離度隨著pH的升高而加強,與Cu2+發作的螯協作用加強,Cu2+去除率升高;此外,pH升高后,Cu2+會因水解作用而構成羥基配合物等膠體方式,其可經過螯合絮體的網捕卷掃作用進一步促進Cu2+的去除。當投加量過高時,由于絮體四周呈現大量帶同種電荷的藥劑間的靜電斥力作用使絮體聚沉效果變差,Cu2+的去除率有所降低。向含Cu2+廢水中投加MAAPAM過量時更容易呈現上述狀況,使得投藥范圍較窄,而關于投加藥劑PEX時則受上述影響較小,不同pHPEX對廢水中的Cu2+的去除效果更好,投藥范圍更寬。PEXCu2+的去除效果優于MAAPAM的緣由可能為二硫代羧基與Cu2+的螯協作用更優于巰基的螯協作用。

 

  2.1.2Cu2+初始質量濃度的影響

 

  取Cu2+初始質量濃度分別為52550100mg/L的含Cu2+模仿廢水樣,調理其pH均為6.0,投加不同量的PEXMAAPAM實行絮凝實驗,結果見圖2

 

圖片15 

  由圖2可知,廢水pH6.0PEXMAAPAM對初始濃度不同的含Cu2+廢水均有較好的去除性能;同一Cu2+初始濃度下,Cu2+的去除率隨著PEXMAAPAM投加量的增加而先升高后趨于穩定或略有降低;Cu2+到達最高去除率時,PEXMAAPAM的投加量隨著廢水中Cu2+初始濃度的增大而增加,且具有一定的化學計量關系。當廢水中Cu2+初始質量濃度分別為52550100mg/LPEX投加量分別為18105210300mg/L時,對應的Cu2+剩余質量濃度分別為0.4150.1100.2050.038mg/L,均能到達排放規范請求(0.5mg/L);繼續增加相應PEX的投加量,Cu2+的去除效果均能到達100%。當向上述不同Cu2+初始濃度的廢水中分別投加MAAPAM,投加量為2490195420mg/L時,對應的Cu2+剩余質量濃度分別為0.3820.3860.3280.045mg/L,也能做抵達標排放。實驗結果標明,PEX處置不同初始濃度的含Cu2+廢水時PEXMAAPAM仍具有一定的優勢,且PEX處置低濃度含Cu2+廢水時表現出投加量少、去除效率高、投藥范圍寬等優點。

 

  2.2復配投加MAAPAMPEXCu2+效果

 

  PEXMAAPAM單獨處置含Cu2+廢水時均表現出較好的效果,且PEX優于MAAPAM;但從制備本錢上比擬,PEX遠高于MAAPAM。依據上述實驗結果,若能先應用MAAPAM將高濃度的含Cu2+廢水處置為較低濃度的含Cu2+廢水,再投加少量的PEX使廢水中Cu2+的剩余濃度滿足排放規范請求,可減少含Cu2+廢水的處置本錢。分離常見含Cu2+廢水的濃度和上述實驗結果,選擇Cu2+初始質量濃度為100mg/L、初始pH6.0的含Cu2+廢水樣作為處置對象,調查MAAPAMPEX復配去除廢水中Cu2+的效果。

 

  2.2.1投藥點確實定

 

  取含Cu2+模仿廢水樣,先投加一定量(300mg/L360mg/L)MAAPAM實行快攪,然后分別在快攪1min、快攪2min、快攪3min、慢攪1min、慢攪3min時投加20mg/LPEX實行絮凝實驗,調查復配過程中PEX在不同投加時間點對Cu2+去除效果的影響,結果見圖3

 

圖片16 

  由圖3可知,先向廢水中投加300mg/LMAAPAM時,再在快攪1min、快攪2min時分別投加PEXCu2+的去除率均可到達100%,但推延PEX的投加時間,Cu2+的去除率明顯降低;先向廢水中投加360mg/LMAAPAM時,再在快攪1min時投加PEXCu2+的去除率為99.9%,隨著PEX投加時間的延遲,Cu2+的去除率均可到達100%;但實驗中發如今慢攪1min和慢攪3min后投加PEX,出水混濁度較大。在絮凝實驗中,快攪可使絮凝劑疾速擴散,并與廢水中目的污染物發作反響生成細小絮體,慢攪則使所生成的絮體變大、利于沉降。因而,在快攪階段先投加MAAPAM與廢水中大局部Cu2+快速混合發作螯合生成絮體MAAPAM-Cu,再投加PEX與剩余的Cu2+快速混合發作螯合反響生成絮體PEX-Cu,在慢攪階段絮體PEX-CuMAAPAM-Cu均逐步變大;若在慢攪階段投加PEX,其不能與剩余的Cu2+快速反響生成絮體,且會使已生成的絮體MAAPAM-Cu四周散布未及時反響的PEX,由于同種電荷產生的靜電斥力作用致使絮體不易匯集為大絮體,呈現Cu2+去除率降低或出水混濁等現象。綜合思索實驗結果中Cu2+的去除率,肯定復配處置含Cu2+廢水時最佳投加時間點為投加MAAPAM后快攪2min時投加PEX

 

  2.2.2最佳復配投加量確實定

 

  取含Cu2+模仿廢水樣,先投加一定量的MAAPAM實行快攪2min,再參加不同量的PEX繼續絮凝實驗,調查MAAPAMPEX復配投加量對廢水中Cu2+去除效果的影響,結果見圖4

 

圖片17 

  由圖4可知,當投加復配的PEX量相同時,Cu2+的去除率均隨著MAAPAM投加量的增加而升高;MAAPAM投加量相同時,Cu2+的去除率隨著PEX投加量的增加而先增加后趨于穩定或略有降低。領先投加的MAAPAM投加量較低(260耀320mg/L)時,投加PEXCu2+的最高去除率較低,出水中的Cu2+剩余濃度均不能滿足排放規范請求;MAAPAM投加量分別增加到340360mg/L時,只需投加10mg/LPEX可使出水中Cu2+的剩余質量濃度分別到達0.400mg/L、未檢出,能夠做抵達標排放。這是由于MAAPAM投加量較低時,廢水中被其除去的Cu2+量相對較少,需投加更多量的PEX除去剩余的Cu2+;增加MAAPAM的投加量后,其能除去廢水中大局部Cu2+,剩余Cu2+的量相對較少,耗費的PEX量也較少。由于PEX的制備本錢遠高于MAAPAM,在實踐中應盡量減少復配藥劑PEX的用量,故綜合思索廢水中Cu2+的去除效果和處置本錢,選擇MAAPAM投加量為340mg/LPEX投加量為10mg/L

 

  2.3處置費用比照剖析

 

  依據上述實驗結果,以出水中Cu2+剩余質量濃度達標(0.5mg/L)為根底,初步預算采用單獨投加或復配投加MAAPAMPEX處置含Cu2+廢水(Cu2+質量濃度為100mg/LpH6.0)的處置費用,結果見表1

 

圖片18 

  由表1可知,單獨采用PEXMAAPAM處置含Cu2+廢水費用分別為50.96/t12.43/t,而采用MAAPAMPEX復配處置含Cu2+廢水費用為10.36/t,處置費用降低,故采用MAAPAMPEX復配處置含Cu2+廢水時具有處置本錢低、處置效果好、可達標排放等優點。

 

  三、結論

 

  (1)新型高分子絮凝劑PEXMAAPAM單獨處置含Cu2+廢水時,體系初始pH對處置效果具有一定的影響,Cu2+的去除率隨著pH的增大而升高。

 

  (2)廢水pH6.0時,PEXMAAPAM對不同初始濃度的含Cu2+廢水均具有良好的去除性能,且PEX更優于MAAPAM

 

  (3)采用PEXMAAPAM復配進行Cu2+工業廢水處理時,能有效地處理單獨處置時由于PEX制備本錢高和MAAPAM投加量大惹起的處置本錢高的窘境,可降低處置費用,有利于實踐應用。

 


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