铜冶炼酸性废水含有不同高浓度的重金属离子,来源主要为烟气制酸净化流程中的净化工段产生的废水,初期雨水、以及设备冲洗和检修或事故状态产生的废水。废水呈酸性,且其中As、Cu、Pb等重金属浓度严重超标,不仅造成了资源的浪费,而且污染着周围水环境,威胁着人类的生命。本文使用催化氧化法处理技术,对此类废水进行了前期试验研究,为后期技术的推广实践提供参考。
1、酸性含重金属废水的处理方法
酸性含重金属废水的处理方法主要为化学处理法、物理处理法和生物吸附法。
1.1 化学处理法
(1)化学沉淀法:向废水中投加可溶性药剂,与废水中的重金属离子形成不溶于水或难溶于水的化合物,洗出沉淀以达到去除废水中重金属离子的目的,主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法等。
(2)化学还原法:若废水中含有毒性很大的高价态金属离子,可通过该方法将其还原为低毒性的价态分离去除。
(3)电解法:利用电解槽中的电化学反应,将重金属离子形成沉淀去除,主要有电解氧化还原、电解凝聚法等。
1.2 物理化学处理法
(1)吸附法:通过吸附材料的高比表面积或特殊功能基团对水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附从而达到去除重金属离子的目的。常用吸附材料有活性炭、沸石、硅藻土等。
(2)离子交换法:该方法是将废水中重金属离子与材料表面的离子进行交换反应,从而实现重金属离子从废水中脱除。主要材料为天然沸石、人工合成沸石、离子交换树脂/纤维等。
(3)膜分离法:利用半透膜材料的特殊性,实现溶质和溶剂的分离,从而实现重金属离子从废水中脱除。该方法是一种处理效果较好的分离技术,具有效率高,操作简单,并可实现重金属离子的回收等优点,但由于长期使用导致膜性能降低制约着其技术的推广应用。
1.3 生物吸附法
利用生物体本身的结构特性和成分特性来吸收或吸附废水中的重金属离子,再通过固液相的分离将重金属离子从废水中脱除。其在处理低浓度重金属废水领域具有广阔的发展前景。
2、材料与方法
2.1 试验试剂与仪器
仪器:5110ICP-OES电感耦合等离子体-原子发射光谱仪(ICP-OES)GGX-600型原子吸收光谱仪(AAS),PHSJ-3F型实验室PH计,松宝静音双控气泵3.5w;78-2型恒温磁力搅拌器,ME204/02型电子天平。
试剂:硫酸、氢氧化钠、阳离子聚丙烯酰胺等,均为试剂纯,自制催化剂(ENC-2,固态)。试验所用水为市售去离子水;酸性重金属废水,取自国内某铜冶炼企业。
2.2 试验方法
(1)预调节过程。
将含重金属废水搅拌均匀,搅拌速度控制为100r/min,搅拌时间为10min,取水样进行原水质分析,另取400mL废水进行试验。并预调节废水pH值为2.5-3.5之间,静置除沉取上清液进行试验。
(2)催化氧化过程。
将400mL预调节废水倒人装有300gENC-2催化剂的800mL烧杯中,将静音双控气泵曝气头安装在ENC-2催化剂底部,启动静音双控气泵泵人空气30-90min。
(3)中和反应。
催化氧化后废水经加碱调节至pH值7-9,常温磁力搅拌混合,搅拌时间5min。
(4)絮凝吸附过程。
向中和反应液中加人絮凝剂,在搅拌速度为100r/min下反应2min,继而在搅拌速度为35r/min搅拌1min。取上清液加入吸附材料在搅拌速度为100r/min条件下搅拌15min,静置10min后取上清液留样检测分析。
3、结果与讨论
3.1 预调节废水pH值对废水的处理效果
预调节废水的pH值高低,直接关系到水中氢离子浓度的高低,一方面催化剂需要借助废水中的氢离子增强催化氧化效果,另一方面如果氢离子浓度过高,会造成催化剂损耗增大,故采用催化氧化时间为30min,絮凝剂采用阳离子聚丙烯胺的情况下对预调节废水的pH值对废水处理情况进行了试验,实验结果如下表1所示(图中pH值为1.2的数据为废水未经处理的检测值)