酸性含铜废水处理的试验研究
摘要：用鸡蛋壳处理某溶浸实验室酸性含铜废水(ρ(Cu2+)为143.00 mg/L,pH值为1.80~2·00)。研究了不同煅烧温度、蛋壳用量和粒度,以及搅拌速度对处理效果的影响。结果表明:在煅烧温度为400℃,蛋壳用量为 25 g/L,蛋壳 粒度为0.25 mm,搅拌速度为240 r/min的条件下,蛋壳可将酸性含铜废水的pH值由1.80~2.00 提高到6.86~7.34,ρ(Cu2+)降低到0.09~0.43 mg/L,去除率可达99.70%~99.94%,处理后废水符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》规定的一级标准。因此,用鸡蛋壳处理酸性含铜废水,工艺简单、操作方便、处 理效果好,达到了“以废治废”的目的,具有一定的应用前景。
关键词：鸡蛋壳;酸性含铜废水;去除率
矿山酸性含铜废水排入到地下水后,会使水体的pH值发生变化,破坏其自然缓冲作用,消灭 或抑制微生物的生长,妨碍水体的自净功能,导致水体出现发臭、变绿等现象,给人们的健康、生活及生产带来较大的危害。水体中的铜元素不能被 微生物分解,且与人体中某些组织的亲和力较强, 结合后会抑制某些酶的活力,从而对人体产生毒 害作用[1]。目前,酸性含铜废水常见的处理方法有中和沉淀法、氧化还原法、溶剂萃取法、离子交换法等[2]。其中,石灰中和沉淀法虽然工艺简单、运行成本低,但处理后的水质达不到排放标准,且随着水体酸碱度和盐溶液溶解度的变化,含铜沉淀物的溶解度发生改变,造成二次污染[3]。
我国是世界上养殖禽类数量最多的国家之一,禽蛋年产量占世界禽蛋年产量的43%,每年产生400多万t蛋壳。如果将这些蛋壳废弃,不仅对环境造成污染,而且造成资源的浪费[4],因 此,对蛋壳资源化研究与开发具有重要的理论与 实际意义。用鸡蛋壳处理酸性含金属废水,不仅保护了环境,还起到“以废治废”的目的。胡巧开等[5-7]用鸡蛋壳-粉煤灰分别处理酸性含铅废水、酸性含氟废水和酸性含镉废水,已取得了较好的效果。目前还没有关于用鸡蛋壳处理酸性含铜废 水的报道。鸡蛋壳主要是由碳酸钙组成,其质量分数在95%以上。将蛋壳高温煅烧后形成氧化钙, 氧化钙可中和废水的酸性,并将铜转变为氢氧化铜 沉淀物进行清除;且鸡蛋壳具有多孔结构,对铜也有一定的吸附作用。因此笔者对此进行了研究。
1.材料、仪器与方法
1.1材料
1)废水。取自某溶浸实验室铜溶浸废水,主 要组分为Fe3+,S,Si4+和Cu2+,其中ρ(Cu2+)为 143.00 mg/L,远超过了GB 8978—1996《污水综 合排放标准》ρ(Cu2+)<2.00 mg/L的三级标准, 其他组分含量为微量,均未超标,废水pH为 1·80~2.00。
2)蛋壳。将鸡蛋壳洗净于100℃烘干,研细 过筛,装入封口袋备用。
1.2 仪器
MP2002型电子天平;Delta320型酸度计和 TMF-2200型马弗炉;JJ-4B型六联电动搅拌器; 202A-0型电热恒温鼓风干燥箱;WFX-120原子 吸收仪。
1.3方法
1)试验方法。取一定量的鸡蛋壳于250 mL 的烧杯中,加入100 mL含铜废水,搅拌、静止各 30 min后取上清液分别测定pH值和ρ(Cu2+)。
2)分析方法。按照GB 6920—1986《水质pH 值的测定玻璃电极法》测定溶液的pH值。按照 GB 7475—1987《水质铜、铅、锌、镉的测定原子吸 收分光光度法》测定溶液中ρ(Cu2+),所用的盐酸 (配制成215 g/L)、硝酸(配制成230 g/L)、硫酸 铜均为优级纯。
3)评价方法。按照GB 8978—1996中 ρ(Cu2+)<0.50 mg/L的一级标准进行评价。
2.结果与讨论
2.1鸡蛋壳煅烧温度对废水处理效果的影响
取分别在100,200,300,400,500℃下煅烧2 h、初定粒度为0.25 mm的鸡蛋壳各3.0 g进行 试验,结果见图1。
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由图1看出:鸡蛋壳对酸性含铜废水有很好 的处理效果,且煅烧后对酸性含铜废水处理效果 更好。未煅烧蛋壳(100℃烘干)对铜的去除率为 92%;随着煅烧温度的升高,处理后的废水的pH 值和铜的去除率也升高,当煅烧温度为400℃时, 废水的pH值由1.82上升到7.34,铜的去除率达 到了99.93%,处理后废水符合GB 8978—1996 规定的一级标准;煅烧温度超过400℃后,对废水 pH值的中和能力和铜的去除率开始下降,因此 可以确定400℃为最佳煅烧温度。
2.2鸡蛋壳用量对废水处理效果的影响
分别称取经400℃煅烧、粒度为0.25 mm的 鸡蛋壳1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0 g进行试验, 结果见图2。
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由图2可以看出:蛋壳用量小于25 g/L时, 随着蛋壳用量的增加,铜的去除率和废水的pH 值都在升高,当蛋壳用量为25 g/L时,铜的去除 率达99.9%,pH为6.86,之后再增加蛋壳的用 量,虽然pH值继续上升,但铜的去除率增加幅度很小,因此确定25 g/L为最佳用量。
2.3鸡蛋壳粒度对废水处理效果的影响
取经400℃煅烧、粒度分别为0.1,0.25, 0·5,1 mm的鸡蛋壳各2.5 g进行试验,结果见图3。
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由图3看出:鸡蛋壳的粒度对废水的处理效果有较大的影响,蛋壳粒度越粗,废水的处理效果越差;粒度小于0.25 mm的蛋壳对废水的处理效 果较好;而当蛋壳的粒度为0.25 mm时处理效果 最好,此时铜的去除率达99.8%,pH值为6·69, 处理后废水符合GB 8978—1996规定的一级标准,因此确定0.25 mm为最佳粒度。
2.4搅拌速度对废水处理效果的影响
取2.5 g经400℃煅烧、粒度为0.25 mm的 蛋壳5份,设定转速分别为120,150,180,240, 300 r/min进行试验,结果见图4。
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由图4看出:搅拌速度对废水处理效果是有一定影响的。搅拌速度低于240 r/min时,随着搅拌速度的增大,废水的处理效果提高,达240 r/min时,铜的去除率为99.8%,废水的pH值为 6.7;之后再增加搅拌速度,虽然pH值继续升高, 但铜的去除率增加的幅度不大,因此从节能的角度考虑,确定240 r/min为最佳搅拌速度。
3.结论与建议
通过对某溶浸实验室浸铜废水的试验研究, 初步得出鸡蛋壳对酸性含铜废水有很好的处理效果的结论。在煅烧温度为400℃,蛋壳用量为25 g/L,蛋壳粒度为0·25 mm,搅拌速度为240 r/min的条件下,鸡蛋壳可将酸性含铜废水的pH 值由1.80~2.00提高到6.86~7.34,ρ(Cu2+)降低到0.09~0.43 mg/L,铜去除率可达99·70%~ 99.93%,处理后废水符合GB 8978—1996规定的一级标准,并体现了“以废治废”的原则。该方法具有工艺简单、操作方便、处理效果好、运行费用低的特点,因此,在酸性矿山废水处理中具有广阔的应用前景。
该次试验废水主要取自于铜矿溶浸实验室,不能完全代表矿山酸性含铜废水的水质,试验条件的可行性还需进一步验证,且除铜后蛋壳渣与生活垃圾一同送往城市生活垃圾填埋场是否可行都需进行相关的研究论证,因此建议在今后对真正的矿山酸性含铜废水进行正交试验研究,以进一步验证该方法的可行性,并对除铜后蛋壳渣的处置方法进行研究。
参考文献:
[1] 徐新阳,尚·阿嘎布(赞比亚).矿山酸性含铜废水的处理研究[J].金属矿山,2006,365(11):76-78.
[2]朱益民,陈坤,黄幸纾,等.矿山废水污染对居民疾 病死亡谱和肾功能的影响[J].中国公共卫生,1999, 15(4):314-315.
[3] 饶俊,张锦瑞,徐晖.酸性矿山废水处理技术及其发 展前景[J].矿业工程,2005(3):47-49.
[4]宾冬梅,马美湖,易诚.蛋壳资源综合利用现状与对策[J].食品研究与开发,2006,27(8):212-216.
[5]胡巧开,揭武,安洁.鸡蛋壳-粉煤灰处理酸性含铅废水[J].工业水处理,2006,26(8):29-32.
[6]胡巧开,邓真丽,陈芳.鸡蛋壳-粉煤灰处理酸性含氟废水[J].粉煤灰综合利用,2005(1):45-46.
[7]胡巧开,揭武,翟荣.鸡蛋壳-粉煤灰处理酸性含镉废水[J].粉煤灰综合利用,2006(6):41-42.
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