二甲基二硫代氨基甲酸鈉處理鋅冶煉含鎘廢水

何厚華，朱挺健，劉 澤，陳 曼，王 檑

（1. 廣西有色金屬集團(tuán)有限公司 廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023；2. 廣西有色金屬集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530021）

二甲基二硫代氨基甲酸鈉處理鋅冶煉含鎘廢水

何厚華1，朱挺健2，劉 澤1，陳 曼1，王 檑1

（1. 廣西有色金屬集團(tuán)有限公司 廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023；2. 廣西有色金屬集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530021）

以二甲基二硫代氨基甲酸鈉（福美鈉）作為脫鎘螯合劑，以聚合氯化鋁作為絮凝劑，脫除含鎘廢水中的Cd2+。在考察福美鈉加入量、攪拌時(shí)間、聚合氯化鋁加入量、沉淀時(shí)間等工藝條件對(duì)Cd2+脫除效果影響的單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在福美鈉加入量為1.0 g/L、攪拌時(shí)間為20 min、聚合氯化鋁加入量為0.2 g/L、沉淀時(shí)間為5 h的最佳工藝條件下，采用福美鈉處理初始Cd2+質(zhì)量濃度為100 mg/L的鋅冶煉含鎘廢水，剩余Cd2+質(zhì)量濃度降至0.008 mg/L，Cd2+去除率為99.99%，處理后的廢水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。

含鎘廢水；二甲基二硫代氨基甲酸鈉；螯合反應(yīng)；鋅冶煉

鋅冶煉企業(yè)采用的原料中含有大量鉛、鎘等重金屬。在生產(chǎn)過(guò)程中，鎘以Cd2+形式進(jìn)入生產(chǎn)廢水，廢水中Cd2+質(zhì)量濃度為30～150 mg/L。含鎘廢水若不經(jīng)處理直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染［1-2］。GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［3］中明確規(guī)定，鎘是第一類污染物，最高允許排放質(zhì)量濃度為0.1 mg/L，不能稀釋處理。國(guó)內(nèi)外含鎘廢水的處理方法主要有化學(xué)法［4-5］、離子交換法［6-7］、吸附法［8］、膜分離法［9］和微生物法［10］等。這些方法大都適用于處理低濃度含鎘廢水，且未得到廣泛、大規(guī)模地應(yīng)用。二甲基二硫代氨基甲酸鈉（福美鈉）廣泛應(yīng)用于選礦工藝中的金屬捕集和電解錳行業(yè)電解液中重金屬的脫除［11-13］，但在有色冶煉廢水處理上的應(yīng)用較少。

本工作以福美鈉作為脫鎘螯合劑，以聚合氯化鋁作為絮凝劑，對(duì)含鎘廢水中Cd2+的脫除效果進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

NaOH：分析純；福美鈉、聚合氯化鋁：工業(yè)級(jí)。

含鎘廢水：取自廣西某鋅冶煉企業(yè)，廢水中硫酸的質(zhì)量濃度為26 g/L。廢水中重金屬的組成見表1。

表1 廢水中重金屬的組成 ρ，mg/L

PH400型pH計(jì)：安萊立思公司；Optima8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：美國(guó)PerkinElmer公司；DX-25系列電動(dòng)數(shù)顯攪拌器：杭州儀表公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

福美鈉溶于水后，形成含S的陰離子基團(tuán)（CH3）2NCSS-，（CH3）2NCSS-與溶液中的Cd2+結(jié)合生成穩(wěn)定的有機(jī)硫螯合物（（CH3）2NCSS）2Cd。反應(yīng)方程見式（1）～（3）。（CH3）2NCSS-與重金屬離子的電負(fù)性相差小，因此重金屬離子與（CH3）2NCSS-形成的螯合物相對(duì)穩(wěn)定。另外，福美鈉溶于水后形成的陰離子基團(tuán)呈弱堿性，而重金屬離子呈弱酸性，有利于（CH3）2NCSS-作為配位原子與重金屬離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的有機(jī)硫化物沉淀［14-15］。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在攪拌條件下，向含鎘廢水中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)廢水pH為7，加入一定量的福美鈉，攪拌一段時(shí)間后，加入一定量的聚合氯化鋁，靜置沉淀一定時(shí)間。陳化后過(guò)濾，取濾液進(jìn)行分析。

1.4 分析方法

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定Cd2+質(zhì)量濃度；采用pH計(jì)測(cè)定廢水pH。

2 結(jié)果與討論

2.1 福美鈉加入量對(duì)Cd2+脫除效果的影響

在攪拌時(shí)間為30 min、聚合氯化鋁加入量為0.4 g/L、沉淀時(shí)間為5 h的條件下，福美鈉加入量對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響見圖1。由圖1可見：福美鈉的加入量對(duì)Cd2+的脫除效果有較明顯的影響；隨福美鈉加入量的增加，剩余Cd2+質(zhì)量濃度明顯降低；當(dāng)福美鈉加入量為0.1 g/L時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度為78.680 mg/L，Cd2+去除率僅為21.32%；當(dāng)福美鈉加入量為0.6 g/L時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度降至0.015 mg/L。

2.2 攪拌時(shí)間對(duì)Cd2+脫除效果的影響

圖1 福美鈉加入量對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響

在福美鈉加入量為0.3 g/L、聚合氯化鋁加入量為0.4 g/L、沉淀時(shí)間為5 h的條件下，攪拌時(shí)間對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響見圖2。由圖2可見，當(dāng)攪拌時(shí)間為10 min時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度為48.460 mg/L；當(dāng)攪拌時(shí)間為20 min時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度為48.150 mg/L；繼續(xù)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，剩余Cd2+質(zhì)量濃度有較明顯的降低；但經(jīng)過(guò)40 min的攪拌反應(yīng)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度仍高達(dá)39.290 mg/L。由此可見，單純延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)降低剩余Cd2+質(zhì)量濃度的效果有限。

2.3 聚合氯化鋁加入量對(duì)Cd2+脫除效果的影響

圖2 攪拌時(shí)間對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響

在福美鈉加入量為0.3 g/L、攪拌時(shí)間為30 min、沉淀時(shí)間為5 h的條件下，聚合氯化鋁加入量對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響見圖3。由圖3可見：當(dāng)聚合氯化鋁加入量為0.1 g/L時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度為64.240 mg/L；當(dāng)聚合氯化鋁加入量為0.4 g/L時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度仍高達(dá)48.420 mg/L；繼續(xù)增加聚合氯化鋁加入量，剩余Cd2+質(zhì)量濃度的下降趨勢(shì)趨于平緩。

2.4 沉淀時(shí)間對(duì)Cd2+脫除效果的影響

圖3 聚合氯化鋁加入量對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響

在福美鈉加入量為0.3 g/L、攪拌時(shí)間為30 min、聚合氯化鋁加入量為0.4 g/L的條件下，沉淀時(shí)間對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響見圖4。由圖4可見：當(dāng)沉淀時(shí)間為1 h時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度為51.800 mg/L；沉淀時(shí)間為5 h時(shí)，剩余Cd2+質(zhì)量濃度降至43.100 mg/L；延長(zhǎng)沉淀時(shí)間至24 h，剩余Cd2+質(zhì)量濃度可降至6.200 mg/L。由此可見，在螯合劑福美鈉加入量較低的情況下，通過(guò)延長(zhǎng)沉淀時(shí)間可提高溶液中Cd2+的脫除效果。但沉淀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成一定影響，并且增加生產(chǎn)成本。

2.5 工藝參數(shù)的優(yōu)化

圖4 沉淀時(shí)間對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度的影響

在考察了福美鈉加入量、攪拌時(shí)間、聚合氯化鋁加入量、沉淀時(shí)間等工藝條件對(duì)Cd2+脫除效果影響的單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)福美鈉處理鋅冶煉含鎘廢水的工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表2，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可見：各因素對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊Ｃ棱c加入量＞攪拌時(shí)間＞沉淀時(shí)間＞聚合氯化鋁加入量；各因素的最佳水平為A3B3C2D3，即最佳條件為：福美鈉加入量1.0 g/L、攪拌時(shí)間20 min、聚合氯化鋁加入量0.2 g/L、沉淀時(shí)間5 h。在最佳工藝條件下采用福美鈉處理鋅冶煉含鎘廢水，剩余Cd2+質(zhì)量濃度降至0.008 mg/ L，Cd2+去除率為99.99%，處理后的廢水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。

3 結(jié)論

a）以福美鈉作為脫鎘螯合劑，以聚合氯化鋁作為絮凝劑，采用福美鈉處理鋅冶煉含鎘廢水。各工藝條件對(duì)剩余Cd2+質(zhì)量濃度影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋焊Ｃ棱c加入量＞攪拌時(shí)間＞沉淀時(shí)間＞聚合氯化鋁加入量。最佳工藝條件為：福美鈉加入量1.0 g/L，攪拌時(shí)間20 min，聚合氯化鋁加入量0.2 g/L，沉淀時(shí)間5 h。

b）在最佳條件下處理初始Cd2+質(zhì)量濃度為100 mg/L的鋅冶煉含鎘廢水，剩余Cd2+質(zhì)量濃度降至0.008 mg/L，Cd2+去除率為99.99%，處理后的廢水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。

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（編輯 王 馨）

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Treatment of Cadmium-Containing Wastewater in Zinc Smelting Using Sodium Dimethyl Dithio Carbamate

He Houhua1，Zhu Tingjian2，Liu Ze1，Chen Man1，Wang Lei1
（1. Guangxi Research Institute of Metallurgy，Guangxi Non-Ferrous Metal Group Co. Ltd.，Nanning Guangxi 530023，China；2. Guangxi Non-Ferrous Metal Group Co. Ltd.，Nanning Guangxi 530021，China）

Cd2+was removed fron the cadmium-containing wastewater using sodium dimethyl dithio carbamate （SDD）as chelating agent and polyaluminium chloride （PAC） as fl occulant. The process parameters were further optimized by orthogonal experiments on the basis of single factor experiments for investigating the factors effecting Cd2+removal，such as：SDD dosage，stirring time，PAC dosage，precipitation time，and so on. The experimental results show that：Under the optimum process conditions of SDD dosage 1.0 g/L，stirring time 20 min，PAC dosage 0.2 g/L ，precipitation time 5 h and initial Cd2+mass concentration 100 mg/L，the mass concentration of residual Cd2+is as low as 0.008 mg/L，the Cd2+removal rate is 99.99%. The treated wastewater can meet the national discharge standard of GB 8978-1996.

cadmium-containing wastewater；sodium dimethyl dithio carbamate；chelation reaction；zinc smelting

X724

A

1006 - 1878（2015）03 - 0293 - 04

2014 - 12 - 03；

2015 - 02 - 11。

何厚華（1970—），男，廣西壯族自治區(qū)南寧市人，大學(xué)，工程師，電話 0771 - 5631503，電郵 296547728@qq.com。聯(lián)系人：劉澤，電話 13978629468，電郵 wellfly@sina.com。

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科能12239004 - 3）。