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化学沉淀-吸附法沉淀处理电镀废水的研究

发表时间：2020/10/20 来源：《基层建设》2020年第19期作者：杨伟杰

[导读] 摘要：由于世界经济的繁荣和不断发展，科学技术日新月异，推动扩大了电镀行业的规模，每年工业生产排放的电镀废水量非常巨大。

        惠州金茂源环保科技有限公司广东省惠州市 516121
        摘要：由于世界经济的繁荣和不断发展，科学技术日新月异，推动扩大了电镀行业的规模，每年工业生产排放的电镀废水量非常巨大。电镀废水的危害很大，特别是对水体和环境的破坏会很严重，时间越久那么毒性也会越强，进一步对生态环境带来很大的破坏。与其他污染相比，电镀废水的危害程度远远超出其他污染。目前电镀废水中氨氮的处理方法包括生物法、吹脱法、化学沉淀法、吸附法及折点氯化法等。化学沉淀法具有反应速率快、受温度影响小、沉淀产物可利用等优点，能够充分实现氨氮的资源化利用。吸附法具有快速高效、操作简单等优点。然而，采用单一方法很难使含有高质量浓度氨氮的电镀废水达到排放标准。本文采用化学沉淀-吸附法处理电镀废水，并研究了处理条件对废水处理效果的影响。
        关键词：电镀废水；氨氮；磷；化学沉淀法；吸附法
        1、吸附法原理
        吸附剂拥有特殊的结构，利用这些独特结构吸附去除重金属的方法就叫做吸附法。活性炭、壳聚糖树脂、腐殖酸都是常见的吸附剂。不同吸附剂的吸附机理不同，其最主要的是物理、化学和生物吸附。吸附法具有去除效率高、稳定性好、不产生或很少产生二次污染、吸附剂可重复使用等优点。用Mg（OH）2吸附废水中Ni2+离子，研究表明，当pH在4.8~8.6之间、搅拌时间在4min、投加量为1.5g/L时，90%以上的Ni2+离子都能通过此方法吸附去除，并且使用过的Mg（OH）2能够再次回用。通过MCM-48介孔二氧化硅对电镀废水吸附进行了研究，结果表明：使用制备的吸附剂能去除99%的Ag。采用桉叶渣制备磁性生物炭来处理与金属共存的含Cr电镀废水，其中Cr（VI）、总Cr、Cu（II）和Ni（II）在磁性生物炭上被有效的吸附，去除率分别为97.11%，97.63%，100%和100%。并且，使用后的磁性生物炭仍具有原始的磁性分离性能。
        2、化学沉淀-吸附法处理电镀废水的研究
        2.1、实验
        2.1.1、试剂及仪器
        （1）试剂：NH4Cl、MgSO4•7H2O、Na2HPO4•12H2O、溴化十六烷基三甲铵（CTMAB）、AlCl3•6H2O、NaOH、H2SO4等。实验所用试剂均为分析纯。
        （2）仪器：79-1型磁力搅拌器；ＬＸＪ-ＩＩ型离心机；ＤHＧ-9240Ａ型电热恒温鼓风干燥箱；722Ｅ型紫外可见分光光度计。
        2.1.2、复合改性膨润土的制备
        （1）在搅拌条件下，将NaOH溶液逐滴滴至一定浓度的AlCl3溶液中，使ｎ（OH-）∶ｎ（Al3+）＝2.1；（2）将该溶液以恒定的速率滴至质量分数为2%的膨润土悬浮液中，并搅拌2H；（3）称取一定量CTMAB溶于蒸馏水中，并将其加入上述悬浮液中，继续搅拌10H后过夜老化；（4）离心洗涤、干燥、研磨，即得到吸附剂复合改性膨润土。
        2.1.3、实验方法
        （1）取100ｍＬ模拟废水（其中氨氮的质量浓度为1600ｍg/L）于锥形瓶中，并将其置于恒温加热磁力搅拌器上进行搅拌；（2）在搅拌条件下，按照n（P）∶n（N）＝1∶1加入适量的Na2HPO4•12H2O，待其充分溶解后，加入一定量MgSO4•7H2O进行反应；（3）待反应结束后，静置、取上层清液过滤，并测定滤液中氨氮和磷的质量浓度；（4）将化学沉淀法处理后的废水过滤，将滤液置于锥形瓶中，调节pH值后向其中加入一定量的吸附剂，在一定温度的水浴条件下进行反应；（5）反应结束后，测定废水中残余氨氮和磷的质量浓度。
        2.2、结果与讨论
        2.2.1、化学沉淀法处理电镀废水的研究
        （1）pH值的影响，化学沉淀法主要是通过Mg2+和PO3-4与废水中的NH+4作用形成MgNH4PO4•6H2O（鸟粪石）沉淀，从而达到去除氨氮的目的。采用H2SO4和NaOH溶液调节废水的pH值分别为8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5、11.0，研究了pH值对废水处理效果的影响，结果如图1所示。其他条件为：ｎ（Mg）∶n（N）∶n（P）＝1.2∶1.0∶1.0，反应温度25℃，反应时间30min。

        图1pH值对氨氮和磷的去除率的影响
        由图1可知：随着pH值的增加，氨氮的去除率呈现出先升高后降低的趋势。当pH值低于9.5时，氨氮的去除率随pH值的增加而升高。这主要是由于当pH值为8.0～9.5时，溶液碱度偏低，促进了MgNH4PO4•6H2O沉淀物的生成，所以氨氮的去除率增大。当pH值大于9.5时，废水中OH-的浓度增加，沉淀剂Mg2+会与OH-反应生成Mg（OH）2沉淀，从而降低沉淀剂的有效含量。当pH值为9.5时，氨氮的去除率最高为95.06%，同时磷的去除率可以达到97%以上。
        （2）ｎ（Mg）∶n（N）的影响，控制n（P）∶n（N）＝1.0，改变MgSO4•7H2O的投加量，研究了ｎ（Mg）∶n（N）对废水处理效果的影响，结果如图2所示。其他条件为：pH值9.5，反应温度25℃，反应时间30min。

        图2ｎ（Mg）∶n（N）对氨氮和磷的去除率的影响
        由图2可知：当ｎ（Mg）∶n（N）＝1.2时，氨氮和磷的去除率均达到最大值。当ｎ（Mg）∶n（N）低于1.2时，随着ｎ（Mg）∶n（N）的增大，氨氮的去除率呈升高趋势。而当ｎ（Mg）∶n（N）大于1.2后，氨氮的去除率反而出现降低趋势。这可能是因为镁盐投加过多，造成废水含盐量过高，盐效应增强，对MgNH4PO4•6H2O的沉淀造成影响。
        （3）n（P）∶n（N）的影响，控制ｎ（Mg）∶n（N）＝1.2，改变Na2HPO4•12H2O的投加量，研究了n（P）∶n（N）对废水处理效果的影响，结果如图3所示。其他条件为：pH值9.5，反应温度25℃，反应时间30min。

        图3n（P）∶n（N）对氨氮和磷的去除率的影响
        由图3可知：随着n（P）∶n（N）的增大，氨氮的去除率呈逐渐上升的趋势。但当n（P）∶n（N）增至1.0后，氨氮的去除率变化不明显。另外，磷的去除率随n（P）∶n（N）的增大而逐渐降低。当n（P）∶n（N）为1.0时，废水的处理效果较好，氨氮的去除率在95%以上，磷的去除率在97%以上。
        2.2.2、吸附法处理电镀废水的研究
        （1）吸附剂投加量的影响，在吸附反应温度为60℃、pH值为9.0、吸附反应时间为60min的条件下，研究了吸附剂投加量对废水处理效果的影响，结果如图4所示。由图4可知：随着吸附剂投加量的增加，氨氮和磷的去除率均呈现出升高的趋势。但当吸附剂投加量大于18g/L时，氨氮和磷的去除率变化不明显，说明吸附反应已趋于平衡。

        图4吸附剂投加量对氨氮和磷的去除率的影响
        （2）pH值的影响
        在吸附反应温度为60℃、吸附剂投加量为18g/L、吸附反应时间为60min的条件下，研究了pH值对废水处理效果的影响，结果如图5所示。由图5可知：氨氮的去除率随pH值的增加呈现出先升高后降低的趋势。pH值较低时H+较多，H+会与NH+4产生竞争吸附。当废水的碱性达到一定范围时，竞争吸附减弱，有利于NH+4的去除。另外，NH+4可能会与吸附剂中的金属阳离子发生离子交换，而被交换下来的金属阳离子又会与废水中的磷发生化学沉淀，产生的沉淀为碱性盐。酸性条件下碱性盐会溶解，碱性环境有利于沉淀的形成。但碱性过强又不利于NH+4的存在。磷的去除率在pH值为5.0～9.0时变化不显著。进一步增加pH值，磷的去除率降低。这可能与废水中OH-与PO3-4发生竞争吸附有关。当pH值为9.0时，废水的处理效果较好。

        图5pH值对氨氮和磷的去除率的影响
        结束语
        总而言之，采用化学沉淀-吸附法处理电镀废水。首先，采用沉淀剂MgSO4•7H2O和Na2HPO4•12H2O电镀废水进行化学沉淀处理。在优化条件下，氨氮的质量浓度由1600ｍg/L降低至80ｍg/L以下，磷的质量浓度为75.82ｍg/L。然后，采用吸附法对电镀废水做进一步处理。最终废水中氨氮和磷的残余质量浓度均达到《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中规定的要求。
        参考文献：
        [1]陈栋，张朝升，荣宏伟，苟思宇.基于战略成本管理分析的电镀废水清洁生产新技术——冰冻法[J].电镀与涂饰，2020，39（01）：57-62.
        [2]肖静晶，钟宏，王帅.电镀废水的处理技术研究进展[J].应用化工，2011，40（11）：2015-2017+2021.