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王風(fēng)賀1，王國(guó)祥1，王志良2，李時(shí)銀1，陸繼來(lái)2，張利民2,3
(1.南京師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，江蘇南京210042;2.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇南京210036;3.江蘇省太湖水污染防治辦公室，江蘇南京210013)
摘要：以XMT作為重金屬離子捕集劑，進(jìn)行了電鍍廢水Cu2+的捕集研究，探討了XMT加入量、pH、絮凝劑加入量及反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)Cu2+捕集效率的影響。結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的XMT加入量2.0 mL、pH=3～12、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的PAM絮凝劑加入量1.0 mL、反應(yīng)時(shí)間 10～30 min等優(yōu)化工藝條件下，Cu2+去除率在99%以上，殘余Cu2+質(zhì)量濃度小于0.05 mg·L-1，出水滿足 GB 21900-2008一級(jí)排放要求。
關(guān)鍵詞：電鍍廢水;重金屬捕集劑;Cu2+
中圖分類號(hào)：X781.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-3770(2011)10-0100-003
目前我國(guó)的電鍍廠、電鍍點(diǎn)約有1萬(wàn)家，年排放4×109 m3的廢水，其中約有50%未達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。電鍍廢水中含有Cd2+、Cr3+、Cu2+、 Ni2+與Zn2+等有害離子，由于這些離子在水性環(huán)境中的高溶解性，因此均可以在食物鏈中富集，容易被有機(jī)體吸收，可能在人體內(nèi)累積，當(dāng)含量超過(guò)一定程度時(shí)，將對(duì)人體健康造成損害。
電鍍廢水的處理方法有沉淀法、離子交換法、鐵氧體法、電滲析法、吸附法、氧化還原法和生物法等，其中沉淀法具有投資少、處理成本低、操作容易掌握等特點(diǎn)，能承受大水量和高含量負(fù)荷沖擊，可適用各類電鍍廢水治理。
XMT 是一類二硫代氨基甲酸鹽重金屬離子捕集劑，在線路板(PCB)廢水及其他重金屬?gòu)U物的治理中取得了較好的效果。本研究以XMT作為重金屬離子捕集劑，進(jìn)行了電鍍廢水Cu2+的捕集研究，重點(diǎn)研究了XMT加入量、pH、絮凝劑加入量及反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)Cu2+的捕集情況，為該重金屬捕集劑的工程實(shí)踐提供較為全面的技術(shù)依據(jù)。
1·試劑與儀器
1.1主要試劑
氯化鉻(CrCl3·6H2O)、硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)、氯化鎳(NiCl2·6H2O)、硫酸銅(CuSO·45H2O)等，均為分析純;聚丙烯酰胺(PAM)，工業(yè)品;XMT，自制。
1.2主要儀器
721型分光光度計(jì)，PHS-2C型精密酸度計(jì)，JBZ-14型磁力攪拌器。
1.3試驗(yàn)步驟
在含銅電鍍廢水中，控制廢水的pH，加入XMT混合，加入PAM攪拌反應(yīng)一定時(shí)間后，靜置，待絮體下沉形成清液后過(guò)濾，用721型分光光度計(jì)測(cè)定濾液中殘余Cu2+含量。
1.4 Cu2+含量標(biāo)準(zhǔn)曲線與顯色反應(yīng)時(shí)間
按文獻(xiàn)[7]繪制Cu2+含量標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。
圖2為Cu2+的質(zhì)量濃度為5 mg·L-1顯色時(shí)間試驗(yàn)曲線，從加入顯色劑起計(jì)時(shí)，間隔一定時(shí)間測(cè)量吸光度A，得到吸光度-時(shí)間曲線。
由圖2可知，20 min時(shí)顯色反應(yīng)完全，故選取為20 min本反應(yīng)顯色時(shí)間。
2·結(jié)果與討論
2.1 XMT加入量對(duì)捕集效果的影響
取50 mL含Cu2+質(zhì)量濃度為100 mg·L-1的硫酸銅溶液，在原水的pH下加入一定量XMT混合，慢攪10 min后，靜置沉淀、過(guò)濾，測(cè)定濾液中Cu2+的含量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知，當(dāng)XMT加入量小于2.0 mL時(shí)，去除率隨著加入量的增加而增加;當(dāng)加入量大于1.6 mL時(shí)，去除率達(dá)到99.57%以上，剩余Cu2+含量可以達(dá)到GB 21900-2008排放要求[8]。
2.2絮凝劑加入量對(duì)捕集效果的影響
根據(jù)XMT加入量試驗(yàn)結(jié)果，選擇投加2.0 mL的XMT，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的PAM溶液為絮凝劑，調(diào)節(jié)絮凝劑加入量分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mL，進(jìn)行PAM對(duì)捕集效果的影響試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。
由圖3可知，對(duì)于含Cu2+廢水，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的PAM溶液加入量小于1.0mL時(shí)，去除率隨著PAM投加量的增加而增加;大于1.0 mL時(shí)，由于形成膠體的“再穩(wěn)”現(xiàn)象，去除率反而下降。總之，當(dāng)加入PAM溶液量大于0.5 mL時(shí)去除率均在99.9%以上，均可以達(dá)標(biāo)排放。
由于XMT在處理含Cu2+廢水時(shí)捕集產(chǎn)物的性能很強(qiáng)，故在試驗(yàn)中無(wú)需加入絮凝劑也有較好的處理效果，但在加入絮凝劑后，增強(qiáng)了捕集產(chǎn)物的沉降性能，提高了沉降速度，從而大大縮短了絮體的沉降時(shí)間。
2.3 pH對(duì)捕集效果的影響
目前重金屬?gòu)U水處理采用的化學(xué)法多在堿性條件下進(jìn)行，故需消耗大量的堿液用于調(diào)節(jié)溶液pH，使處理費(fèi)用增加。試驗(yàn)選取2.0 mL XMT的投加量，絮凝劑與XMT加入體積比為2:1，然后對(duì)原水依次調(diào)節(jié)、攪拌、靜置，過(guò)濾，測(cè)定濾液中重金屬含量，試驗(yàn)pH對(duì)XMT除銅效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。
由圖4可知，pH對(duì)Cu2+及其配合物的去除率有一定程度的影響。對(duì)Cu2+廢水，當(dāng)pH在3～12時(shí)，去除率較好，基本都達(dá)到99%以上，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)pH小于3時(shí)，混合液澄清，無(wú)沉淀生成;當(dāng)pH大于6.5時(shí)，觀察到Cu(OH)2藍(lán)色沉淀。故當(dāng)廢水在酸性條件下時(shí)，無(wú)需調(diào)節(jié)pH即可將Cu2+ 去除，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)中和沉淀法的不足。
2.4反應(yīng)時(shí)間
取50 mL Cu2+質(zhì)量濃度為100 mg·L-1的硫酸銅溶液，分別選擇優(yōu)化的pH、XMT加入量2.0 mL、絮凝劑加入量1.0 mL，控制反應(yīng)時(shí)間5～30 min，測(cè)定攪拌時(shí)間對(duì)捕集效果的影響。結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知，對(duì)于重金屬離子及其配合物，反應(yīng)時(shí)間是其影響因素，但不是主要因素，去除率與反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)太大關(guān)系。在調(diào)節(jié)好XMT加入量、pH、絮凝劑加入量以后，反應(yīng)時(shí)間為10～30 min時(shí)，其Cu2+去除率均在99%以上，殘余Cu2+的質(zhì)量濃度小于0.05 mg·L-1，均能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn) [8]。
取蘇州某公司的電鍍廢水為試驗(yàn)水樣，以檢驗(yàn)XMT處理工業(yè)含銅電鍍廢水的效果。測(cè)得該水樣中Cu2+的質(zhì)量濃度為 127.7 mg·L-1，pH為5.1。加入一定體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的XMT，反應(yīng)10 min后靜置過(guò)濾，取上清液測(cè)定其中殘余Cu2+含量，結(jié)果見(jiàn)圖6。
由圖6可知，對(duì)于工業(yè)含銅廢水，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的XMT加入量大于0.3 mL時(shí)，殘余的Cu2+質(zhì)量濃度小于0.3 mg·L-1，可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
3·結(jié)論
以 XMT為重金屬離子捕集劑，進(jìn)行了電鍍廢水Cu2+的捕集試驗(yàn)，結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的XMT加入量為2.0 mL、pH=3～12、質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.01%的PAM溶液為絮凝劑加入量1.0 mL、反應(yīng)10～30min等優(yōu)化條件下，Cu2+去除率在99%以上，殘余Cu2+質(zhì)量濃度小于 0.05 mg·L-1，出水滿足國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。XMT重金屬捕集劑對(duì)Cu2+的捕集性能優(yōu)異，在電鍍廢水處理中具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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[8]GB 21900-2008電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].
