混凝法處理含鎳電鍍廢水

楊麗芳, 張志軍, 張文波

（1.蘇州市創新凈化有限公司,江蘇蘇州 215144;2.江蘇工業學院環境與安全工程學院,江蘇常州 213164）

混凝法處理含鎳電鍍廢水

楊麗芳1, 張志軍2, 張文波1

（1.蘇州市創新凈化有限公司,江蘇蘇州 215144;2.江蘇工業學院環境與安全工程學院,江蘇常州 213164）

通過正交實驗和對比實驗考察了兩種絮凝劑FeSO4和PAC對廢水中低質量濃度的Ni2+的去處效果,主要研究了添加絮凝劑的質量濃度、溶液的p H值、攪拌速率和攪拌時間等因素對去除率的影響,并對絮凝后的污泥性能進行相關實驗。結果表明:絮凝處理操作簡單,污泥產生量少,工業應用性強,且去除率較高;當溶液的p H值為9.6,FeSO4的質量濃度為3.75 mg/L時,Ni2+的去除率平均可達96.8%以上,而且經FeSO4絮凝后產生的污泥具有一定的絮凝效果,可回流至絮凝工藝段重復使用。

FeSO4;亞鐵絮凝;含鎳廢水

0 前言

在通常條件下,重金屬廢水一般采用化學沉淀法去除其中的重金屬。但對于微量重金屬,因原溶液中離子的質量濃度較低難于生成沉淀,所以采用一般的化學沉淀法效果不佳。但是如果溶液中有一定量的亞鐵離子存在時,微量重金屬可與其產生共沉淀而被去除。有研究[1]顯示,在中性或弱堿性環境中,FeSO4可水解生成 Fe（OH）2和 Fe（OH）3沉淀。這兩種氫氧化物都具有十分龐大的比表面積并帶有電荷,可吸附水中各種重金屬離子并發生共沉淀;而且對水中的膠體、多相系微粒及各種懸浮物也都有較強的去除能力。當溶液的p H值大于9.5時,亞鐵離子可與水中溶解氧迅速發生氧化反應,形成多核羥基配位物鐵離子,各種形態的多核羥基鐵離子可發揮更好的絮凝、吸附作用,進一步有效去除廢水中的微量污染物[2]。

本實驗以常州某電鍍廠含鎳清洗廢水為研究對象,以FeSO4和PAC作為絮凝劑,分別考察絮凝劑的投加量、溶液的p H值、攪拌速率和攪拌時間等因素對Ni2+去除率的影響,并對 FeSO4,PAC,NaOH等3種藥劑進行相關比較和綜合效益分析。

1 實驗

1.1 實驗儀器與藥品

MY3000-6型智能混凝實驗六聯磁力攪拌儀,721型分光光度計,PXS-270型雷磁離子計。

NiSO4·6H2O,FeSO4·7H2O,PAC（Al2O3的質量分數≥28%）,NaOH,濃硫酸,以上試劑均為分析純。

1.2 廢水來源及水質

實驗所用含鎳廢水取自常州某電鍍廠酸洗后鍍銅鍍鎳的混合清洗廢水,其中含有 Cu2+,Ni2+,Zn2+,Fe3+,Ca2+等多種重金屬離子和SO2-4,NO-3,P,Cl-等酸根離子,以及少量的 Cd2+,Al3+和Mn2+,顏色較深,呈深黃色。具體水質分析結果為:Zn2+49.4 mg/L,Cu2+39.5 mg/L,Ni2+31.7 mg/L,Fe3+775 mg/L,Ca2+113 mg/L,p H值2.03。

另外配制Ni2+的質量濃度為50.0 mg/L的模擬廢水,質量濃度均為10 g/L的 FeSO4和 PAC溶液及質量分數為20%的NaOH溶液。

1.3 實驗過程

取800 mL廢水,用質量分數為20%的NaOH調節p H值,開啟六聯磁力攪拌儀,投加一定量的絮凝劑,攪拌一段時間后,靜置30 min,在液面下2 cm處取樣測定。

通過3水平4因素的絮凝正交實驗,確定了各因素影響FeSO4和 PAC絮凝效果的順序為:溶液的p H值＞絮凝劑的投加量＞攪拌速率＞攪拌時間;并分別考查了絮凝劑的投加量、溶液的p H值、攪拌速率和攪拌時間等因素對實驗結果的影響[3]。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑的投加量對 Ni2+去除率的影響

取800 mL電鍍廢水,調節溶液的p H值為9.6,分別投加不同質量濃度的絮凝劑,進行混凝攪拌實驗,實驗結果,如圖1所示。

圖1 絮凝劑的投加量對Ni2+去除率的影響

由圖1可知:在投加量范圍內,Ni2+去除率的曲線均呈先升后降的趨勢,FeSO4和PAC的投加量分別在3.75 mg/L和5.00 mg/L時,Ni2+的去除率達到最大值,之后隨著絮凝劑的繼續加入,去除率均開始下降。對于 FeSO4而言,當其投加量過大時,導致溶液的p H值下降,而p H值是 FeSO4絮凝的主要影響因素;隨著溶液p H值的下降,Ni（OH）2絮體不斷減少,同時 Fe（OH）2和 Fe（OH）3絮體的共存平衡遭到破壞,混凝效果明顯下降[4]。而對于PAC而言,過量的 PAC會產生過多的礬花絮體微粒,導致沉降速率過慢[5],在靜止30 min后溶液中剩余的Ni2+的質量濃度相對較高。本實驗中投加過多的絮凝劑不僅造成藥劑浪費,而且導致Ni2+去除率下降。所以FeSO4和PAC絮凝Ni2+的最佳投加量分別為3.75 mg/L和5.00 mg/L。

2.2 pH值對 Ni2+去除率的影響

在p H值不同的條件下分別加入3.75 mg/L的FeSO4和5.00 mg/L的 PAC,在上述攪拌條件下進行混凝實驗,實驗結果,如圖2所示。

圖2 p H值對去除率的影響

由圖2可知:FeSO4和 PAC對Ni2+的去除率受p H值的影響均比較大,在p H值為6.5～9.0之間時,Ni2+的去除率增加較快;當p H值分別為9.6和9.5時,Ni2+去除率達到各自的最大值96.87%和96.97%,溶液中Ni2+的質量濃度下降到1.0 mg/L左右,達到《污水綜合排放標準》中的一級排放標準;之后再隨著p H值的升高,去除率開始緩慢下降。由此可知:當p H值在9.0～10.5之間時,FeSO4和PAC對Ni2+有較好的絮凝作用。

2.3 攪拌速率和攪拌時間對 Ni2+去除率的影響

不同的絮凝劑對攪拌速率和攪拌時間有著不同的要求[6]。分別考查了攪拌速率和攪拌時間對絮凝作用的影響。

根據實驗結果綜合得出,高速短時較利于PAC對Ni2+的絮凝;低速長時較利于 FeSO4對Ni2+的絮凝。FeSO4和PAC絮凝Ni2+的最佳攪拌條件分別為:400 r/min、30 s,100 r/min、10 min,50 r/min、15 min 和 500 r/min、30 s,150 r/min、5 min,90 r/min、10 min。

2.4 污泥對原水中Ni2+的絮凝

因廢水中本來就含有大量的鐵離子,所以絮凝后污泥中必然也含有大量的鐵離子,為了確定經FeSO4絮凝后的污泥是否具有一定的絮凝作用,將其再投加到原水中,對其絮凝性加以考察。

另外為了進一步確定污泥中起絮凝作用的是廢水中原有的鐵離子還是未反應完全的絮凝劑,本實驗對FeSO4和PAC絮凝后的污泥混濁液、塊狀和粉末狀的污泥分別進行回流實驗,實驗結果,如表1和圖3所示。

表1 污泥混濁液回流結果

圖3 不同污泥回流效果比較

由表1可知:FeSO4絮凝后的污泥具有一定的絮凝能力,但對Ni2+的去除效率較低,僅為20%左右。由圖3可知:粉末狀污泥因呈顆粒狀而具有較大的比表面積,更能有效發揮殘余FeSO4和原廢水中鐵離子的雙重絮凝作用,而濕污泥因絮體顆粒松散導致殘余FeSO4和原廢水中鐵離子的絮凝效果欠佳。由此確定污泥的絮凝作用主要來源于殘余的FeSO4和原廢水中的鐵離子,而原廢水中鐵離子的絮凝作用是其主要來源。而PAC絮凝后的污泥絮凝作用低,并且絮凝后污泥松散,沉淀速率過慢,溶液渾濁。

2.5 FeSO4,PAC絮凝和 NaOH沉淀的比較

2.5.1 最佳p H值范圍的比較

分別對 FeSO4絮凝、PAC絮凝和NaOH沉淀等3種方法去除Ni2+進行實驗研究,并作相關比較。

由實驗結果可知:FeSO4和 PAC絮凝去除Ni2+的效果均優于NaOH沉淀,去除率平均可提高12%以上;NaOH沉淀去除Ni2+的最佳p H值區間為9.0～11.0,在p H值為10時,Ni2+去除率達到最大值89.63%;而 FeSO4和 PAC在p H值為9.6左右時,Ni2+去除率各自達到最大值,分別為96.87%和96.97%。

2.5.2 綜合效益分析

由實驗數據的相關統計和計算可知:FeSO4價格較便宜,經濟適用;結合 FeSO4的去除效果、污泥產生量及污泥回流等方面的綜合效益[7],其在含鎳廢水處理方面具有較強的工業實用性。

另外,FeSO4作為絮凝劑在電鍍、機械加工、皮革、印染、餐飲等其他工業廢水處理中都有較好的效果,它不僅可以去除廢水中的重金屬離子和膠體微粒,而且對COD,SS,色度,總磷和濁度都有一定的去除效果。

3 結論

（1）FeSO4絮凝處理含鎳廢水,當p H值為9.6,投加量為3.75 mg/L時,Ni2+去除率平均可達96.8%以上,出水達到國家排放水質要求。

（2）FeSO4絮凝Ni2+的最佳攪拌條件為400 r/min、30 s,100 r/min、10 min,50 r/min、15 min。

（3）經FeSO4絮凝后產生的污泥具有一定的絮凝能力,而且粉末狀污泥的絮凝效果高于濕泥和塊狀污泥的絮凝效果。

（4）相比于 PAC,FeSO4價格較便宜,經濟適用;結合FeSO4的去除效果、污泥產生量及污泥回流等方面的綜合效益,其在含鎳廢水處理方面具有較強的工業實用性。

[1] 周繼森,易求實.鐵鹽共沉淀法高效簡便去除生活飲用水中的鉻[J].湖北教育學院學報,2001,18（2）:44-48.

[2] 邢偉,黃文敏.鐵鹽除磷技術機理及鐵鹽混凝劑的研究進展[J].給水排水,2006,32（2）:88-91.

[3] 游曉宏,陳曉瓊.混凝技術及其發展[J].工業水處理,2002,22（11）:7-9.

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[5] 湯鴻霄.聚合氯化鋁與傳統混凝劑的凝聚-絮凝行為[J].環境化學,1997,16（6）:497-505.

[6] 李風亭,張善發,趙艷著.混凝劑與絮凝劑[M].北京:化學工業出版社,2005.

[8] 沈玲.鐵鹽鋁鹽絮凝劑的分析比較[J].煤礦環境保護,1993,8（2）:46-47.

Treatment of Wastewater Containing Nickel（II）by Coagulation

YANGLi-fang1, ZHANG Zhi-jun2, ZHANG Wen-bo1

（1.Suzhou Chuangxin Purification Co.,Ltd.,Suzhou 215144,China;2.College of Environment and Safety Engineering,Jiangsu Polytechnic University,Changzhou 213164,China）

The efficiency for removing low mass concentration Ni2+in wastewater using two flocculants of FeSO4and PAC was investigated by orthogonal experiment and comparison experiment,focusing on the effects of mass concentration of flocculent as well as p H value of solution,stirring rate&time and other related factors on the removing rate.The related experiments on the performance of the flocculated sludge were also conducted.The results show that flocculation is easier in operation,produces less sludge,and has more practical industrial applications and higher removing rate.The Ni2+removing rate can reach more than 96.5%when the p H of solution is 9.6,and the optimum content of Fe2+flocculant is 3.75 mg/L,which can basically reach the first level discharge standard.And the Fe2+sludge is of a certain flocculation effect,which can be returned to flocculation stage for reuse.

ferric sulphate;Fe2+flocculation;wastewater containing nickel（II）

X 7

A

1000-4742（2011）03-0045-03

江蘇省重點實驗室基金項目（20051207）。

2010-07-28

·綜 述·