DX4对含Ni2废水的处理研究

ＤＸ－４对含Ｎｉ２＋废水的处理研究①刘有才，钟　宏（中南大学化学化工学院，湖南长沙４１００８３）摘　要：采用国产化工原料合成了ＤＸ－４水处理剂。研究了ＤＸ－４用量、ＤＸ－４含硫量、ｐＨ值、反应时间对废水中Ｎｉ２＋脱除率的影响。实验表明，ＤＸ－４处理含Ｎｉ２＋废水效果明显，处理后废水可直接排放；残渣化学性质稳定，无二次污染。关键词：ＤＸ－４；Ｎｉ２＋；废水；水处理中图分类号：ＴＦ８０５．２文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－６０９９（２００７）０１－００４４－０３ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＤＸ－４ｉｎＴｒｅａｔｉｎｇＷａｓｔｅｗａｔｅｒＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＮｉ２＋ＬＩＵＹｏｕ⁃ｃａｉ，ＺＨＯＮＧＨｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤＸ－４，ａｎｉｎｆｕｓｉｂｉｌｉｔｙｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇｓｔａｒｃｈｘａｎｔａｔｅ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｕｓｉｎｇｓｏｍｅｈｏｍｅｍａｄｅｃｈｅｍｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｔｒｅａｔｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＮｉ２＋．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓＤＸ－４ｄｏｓａｇｅ，ｓｕｌ⁃ｆｕｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆＤＸ－４，ｐＨｖａｌｕｅ，ａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｉｏｎＮｉ２＋ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅ⁃ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ＤＸ－４ｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｔｏｔｒｅａｔｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＮｉ２＋，ａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｃａｎｂｅｄｉｒｅｃｔｌｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｒｅｓｉｄｕｅｐｏｓｓｅｓｓｅｓｓｔａｂｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｇｅｎｅｒａｔｅｓｎｏｓｅｃｏｎｄａｒｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＸ－４；Ｎｉ２＋；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ　　重金属废水主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水。重金属废水的处理方法可分为两类：①使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除，如中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀（或上浮）法、隔膜电解法等。②将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，如反渗透法、电渗析法、蒸发法和离子交换法等。这些方法应根据废水水质、水量等情况单独或组合使用［１～７］。人体内Ｎｉ过量，初期发生头晕、头痛，有时恶心呕吐，长期过量则发高烧，呼吸困难等，甚至中枢神经障碍，一时精神错乱。若Ｎｉ在水中与羰基化合物结合形成羰基镍则毒性很强［８～１２］。尽管处理镍离子废水方法很多，但淀粉黄原酸酯处理重金属废水作为一种传统的方法不仅可以完全净化废水，而且能有效回收重金属，在取得环境效益的同时，还能获得经济效益和社会效益。它具有能耗低，操作简便的特点；具有化学沉淀、离子交换及吸附等多种功能；高分子絮凝使沉淀易于固液分离，反应迅速，沉降快；价格低廉，功效好，交换容量大；残渣稳定，无二次污染；回收的重金属可采用简单的燃烧去除，重金属资源易于综合利用［１１～１３］。本文采用自制的ＤＸ－４对Ｎｉ２＋废水进行处理，对淀粉黄原酸酯处理重金属废水进行研究。１　试验原料本试验所用的含Ｎｉ２＋废水取自株洲冶炼厂低浓度含Ｎｉ２＋废水，Ｎｉ２＋浓度为３０．００ｍｇ／Ｌ；ＤＸ－４为自制的不溶性交联淀粉黄原酸酯（交联淀粉－Ｏ－ＣＳＳ－Ｍｇ－ＳＳＣ－Ｏ－交联淀粉）（ＩｎｓｏｌｕｂｌｅＳｔａｒｃｈＸａｎｔａｔｅ－ＩＳＸ），淡黄色粉末，不溶于水，易与重金属离子作用，经浓硝酸处理后回收重金属，或者直接加热回收重金属。２　试验研究２．１　ＤＸ－４用量对Ｎｉ２＋残余浓度和脱除率的影响在１００ｍＬ含Ｎｉ２＋溶液中加入含Ｓ８．４１％的ＤＸ－４，溶液ｐＨ值为８．０，缓慢搅拌反应３５ｍｉｎ，Ｎｉ２＋残余浓度和脱除率随ＤＸ－４用量变化如图１。由图１可知，ＤＸ－４用量为１２８ｍｇ以上时，Ｎｉ２＋残余量基本保持不变，金属残余量在０．０６ｍｇ／Ｌ以下，脱除率达９９．８％以上。①收稿日期：２００６⁃０９⁃２０作者简介：刘有才（１９７０－），男，湖南安化人，博士研究生，讲师，主要研究方向废水处理及萃取分离。第２７卷第１期２００７年０２月矿　冶　工　程ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．２７№１Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００７图１　ＤＸ－４用量对处理含Ｎｉ２＋废水的影响２．２　ｐＨ值对Ｎｉ２＋残余浓度和脱除率的影响为对比ＤＸ－４处理重金属离子废水，首先进行了ＮａＯＨ沉降处理Ｎｉ２＋废水的实验研究。逐步加入ＮａＯＨ，调节废水ｐＨ值，含镍废水的初始ｐＨ值为４．２，试验结果如图２。图２　ｐＨ值对处理含Ｎｉ２＋废水的影响从图２可知，在ｐＨ值＜９时，随着ＮａＯＨ的加入，ｐＨ值增加，废水中镍含量迅速减少，当ｐＨ值＞９时，镍含量几乎没有变化。固定Ｎｉ２＋的初始浓度为３０ｍｇ／Ｌ，加入ＤＸ－４（含Ｓ８．４１％）１２８ｍｇ，搅拌３０ｍｉｎ，调节溶液ｐＨ值为３～１１，测出不同ｐＨ值条件下Ｎｉ２＋的残余浓度和脱除率，试验结果见图３。图３　加入ＤＸ－４后ｐＨ值对处理含Ｎｉ２＋废水的影响由图３可知，用ＤＸ－４脱除Ｎｉ２＋实验中，随着ｐＨ值增大，脱除率提高，当ｐＨ＞９时，基本不变，此时脱除率达到最高值，大于９９％，一般采用ｐＨ值为８。ＤＸ－４的加入，在相同的ｐＨ值下，镍在废水中的含量显著降低。２．３　反应时间对处理含Ｎｉ２＋废水的影响在中性条件下，在１００ｍＬ含Ｎｉ２＋溶液中加入１２８ｍｇ的ＤＸ－４（含Ｓ８．４１％），缓慢搅拌，经不同反应时间，测定反应后水样中残余浓度和脱除率，结果见图４。图４　反应时间对处理含Ｎｉ２＋废水的影响由图４可知，反应刚开始时，Ｎｉ２＋残余浓度随反应时间的增加急剧下降，当反应时间大于３０ｍｉｎ后，不再随时间变化。ＤＸ－４与Ｎｉ２＋反应迅速，反应５ｍｉｎ脱除率已大于９０％，且残余浓度已低于国家排放标准。２．４　Ｎｉ２＋离子浓度对交换容量的影响取不同浓度的Ｎｉ２＋水样１００ｍＬ，加入１７７ｍｇ的ＤＸ－４（含Ｓ８．４１％），振荡２０ｈ，测定残余离子浓度，计算ＤＸ－４交换容量，如图５所示。由图５可知，在所测定的范围内，ＤＸ－４的交换容量与水样中所含离子浓度成正比。图５　Ｎｉ２＋浓度与交换容量关系曲线５４第１期刘有才等：ＤＸ－４对含Ｎｉ２＋废水的处理研究２．５　ＤＸ－４含硫量对交换容量的影响ＤＸ－４产品的交换容量与产品硫含量同样存在一定的关系。Ｎｉ２＋初始浓度均为５０ｍｇ／Ｌ，分别加入不同硫含量的ＤＸ－４药剂３４０ｍｇ，在振荡机上振荡２０ｈ，测定溶液ｐＨ值及水中残余离子含量，试验结果见图６。由图６可知，ＤＸ－４中的硫含量越高，脱除率越强。硫含量较低时，交换容量随硫含量的升高呈直线上升，随着硫含量的升高，曲线逐渐变平。图６　ＤＸ－４含硫量与交换容量的关系曲线２．６　残渣稳定性测试处理废水的沉淀中集中了９９％以上的重金属，这些残渣是否会引起二次污染，这是十分重要的问题。分别称取Ｎｉ⁃ＤＸ－４残渣，质量为１．６ｇ，用不同ｐＨ值的水溶液１Ｌ浸泡处理残渣，３０ｄ后，用原子吸收光谱测定浸泡液中金属析出量，见表１。表１　Ｎｉ－ＤＸ－４残渣稳定性（３０ｄ）浸泡液酸碱性残渣中镍总量／ｍｇ浸泡液中镍总量／ｍｇ浸取率／％ｐＨ＝４．００２９．０１０．００５０．０２ｐＨ＝６．００２９．０１０．００４０．０１４ｐＨ＝８．００２９．０１０．００６０．０２５ｐＨ＝１０．００２９．０１０．０１０．０３４ｐＨ＝１１．００２９．０１０．０１３０．０４５４ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４２９．０１２．７３９．４１４ｍｏｌ／ＬＨＮＯ３２９．０１２０．２８６９．９１　　由表１可知，残渣物十分稳定，在酸性及碱性溶液中，均不被破坏，浸出率低。因此，即使经长时间浸泡，也不会引起二次污染。相当浓的硫酸（４ｍｏｌ／Ｌ）、硝酸（４ｍｏｌ／Ｌ）才能破坏沉淀物，因此，可用此方法回收废水中重金属。３　结　　语１）ＤＸ－４脱除Ｎｉ２＋效果显著，经一次处理后，残留离子浓度低，反应快，５ｍｉｎ脱除率可达９０％以上。２）ＤＸ－４脱除废水中的Ｎｉ２＋，可在较宽ｐＨ值范围内使用，处理后的废水符合国家工业废水排放标准。３）经ＤＸ－４处理后的废水残渣，化学性质稳定，一般条件下，无二次污染。残渣只能用强酸溶解。参考文献：［１］　辽宁石油化工技术情报总站．化工三废治理技术［Ｍ］．沈阳：辽宁环境科学学会，１９８３．［２］　黄继国．重金属废水处理技术综述［Ｊ］．世界地质，１９９９，１８（４）：８３－８６．［３］　Ｍ．ＡｎｉｓＡｌ－Ｌａｙｌａ，ＳｈａｍｉｍＡｈｍａｄ．Ｈａｎｄｂｏｏｋｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｌｌｅｃ⁃ｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＧａｒｌａｎｄＳＴＰＭＰｒｅｓｓ，１９８７．［４］　ＬｅｌａｎｄＨＶ，ｅｔａｌ．ＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｅｌｌｕｅｎｔｆｒｏｍｐｕｌｐｍｉｌｋｓｉｎｔｈｅＦＲＧ．ＪＷＰＣＦ，１９９４，４６（６）：１４５２－１４７５．［５］　王绍文，姜凤有．重金属废水治理技术［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９３．［６］　ＤｅｖｉｄｓＨＷ．Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｊｅｏｐａｒｄｉｚｉｎｇｉｎｎａｔｕｒａｌｗｏｒｌｄ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ＆ＳｅｗａｇｅＷｏｒｋｓ．１９９１，３５（１２）：５２８－５３６．［７］　陶有胜．制胶废水处理技术研究［Ｊ］．化工环保，１９９８，１８（２）：９６－９９．［８］　周本省．工业水处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７．［９］　何生龙．电镀史话［Ｊ］．电镀与环保，１９８５，５（３）：３３－３６．［１０］　化学工业部环境保护设计技术中心站．化工环境保护设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９８．［１１］　李　炎．不溶性交联淀粉黄原酸酯处理工业废水重金属离子的研究［Ｊ］．湖南化工，１９８０，１０（４）：１－１３．［１２］　刘有才，钟　宏，刘洪萍．重金属废水处理技术研究现状与发展趋势［Ｊ］．广东化工，２００５，３２（４）：３６－３９．［１３］　刘有才，钟　宏．ＤＸ－１０对Ｃｕ２＋废水处理研究［Ｊ］．工业水处理，２００５，２５（１０）：３６－３８．６４矿　冶　工　程第２７卷