4复合絮凝剂APAC处理含镍废水的效果

Vo l. 42 No . 9 Sep. 2009 66 三废治理 复合絮凝剂 APAC处理含镍废水的效果 夏德强 1, 花发奇2, 付君善3 ( 1. 兰州石化职业技术学院石化系, 甘肃 兰州 730060; 2. 浙江龙盛染料化工有限公司, 浙江 上虞 312368; 3. 重庆紫光化工股份有限公司, 重庆 永川 402161) [摘 要 ] 采用慢速滴碱法制备了复合絮凝剂 APAC,研究了处理条件对 APAC去除废水中 N i2 +及浊度 效果的影响,探讨了 APAC去除废水中 N i2+和浊度的净化机理。结果表明: APAC对 N i2+有很好的去除能力, 去除率最高可达 87. 42%;废水的 pH值越高, N i2+的去除率越大; APAC中凹凸棒组分在一定程度上促进了 N i 2+的去除;当铝与凹凸棒质量比为 2 B1, 盐基度为 80%, APAC投加量为 32 mg /L, pH值在 7~ 12时, APAC 对废水中 N i2+和浊度的去除效果最佳。 [关键词 ] 废水处理; 絮凝剂; 凹凸棒; 含镍废水; 除浊 [中图分类号 ] X781. 1 [文献标识码 ] B [文章编号 ] 1001- 1560( 2009) 09- 0066- 03 [收稿日期 ] 2009-03-09 [通信作者 ] 夏德强 ( 1984- ),男, 硕士, 主要从事水处理材 料与方法的研究, 电话: 13893385735, E-m ai:l xdq1001@ sina. com 0 前 言 电镀等行业排放的含镍废水污水严重, 镍盐易引 起过敏性皮炎, 具有致癌性, 国标规定工业废水 N i2+含 量不能超过 1 mg /L。目前, 对含 N i2 +废水的处理已引 起了重视。N i2 +的处理方法主要有凹凸棒吸附法 [ 1 ]、 化学沉淀法 [ 2]、催化还原法 [ 3 ]、电解法 [ 4]、离子交换 法 [ 5]及高分子重金属絮凝剂螯合法 [ 6, 7]等, 而这些方法 价格昂贵、使用寿命短、树脂易污染。因此, 研发有效、 实用的含 N i2+废水的处理方法具有重要的现实意义。 新型絮凝剂 APAC是在制备聚合氯化铝的过程中 加入酸改性的凹凸棒,经高温反应、熟化而得。APAC 是具有特殊结构的无机高分子絮凝剂 [ 8] , 其分子结构 中起吸附作用的改性凹凸棒与起电中和、架桥作用的 羟基铝离子相互协调互补,使其絮凝性能增强。 本工作采用慢速滴碱法制备了 APAC,并以含 N i2 + 水样为处理对象, 研究了 APAC对重金属离子的处理 能力。 1 试 验 1. 1 APAC絮凝剂的制备 按铝土质量配比, 于 250 mL三口烧瓶中加入 20 mL, 0. 8 mo l/L的 A lC l3溶液和 6 mol /L盐酸改性的凹 凸棒, 在 70 e 下磁力搅拌, 用微量滴定仪按 [ 0. 1 mL /m in的速度滴入 0. 5 mo l/L NaOH溶液,使产品达到 盐基度。反应 4 h后冷却,静置熟化 24 h,于 70 e 下烘 干, 研磨即得 APAC固体产品。将固体 APAC溶于蒸馏 水中制成浓度为 2 g /L的 APAC絮凝剂备用。 1. 2 检测方法 以硫酸镍、高岭土和蒸馏水配制含 39. 0 mg /L N i 2+ ,浊度为 179. 3 NTU的水样。取 500mL水样于烧 杯中,投加絮凝剂,用 JJ-4A型六联搅拌机以 120 r /m in 的速度快搅 2 m in, 50 r/m in速度慢搅 10 m in, 再静置 10 m in, 用注射器 (吸口直径 3mm )吸取距液面 2 cm处 的上清液作为试样。采用 721分光光度计以硫酸联胺- 乌洛托品定标测定浊度 [ 9] ; 采用丁二酮肟分光光度法 测定 N i2+含量 [ 9]。 2 结果与讨论 2. 1 APAC盐基度对处理效果的影响 固定 APAC投加量为 40 mg /L, 废液 pH值为 7,在 第 42卷#第 9期# 2009年 9月 67 室温下测量 APAC对废水中 N i2+及浊度的去除率与盐 基度的关系,结果见图 1。 图 1 APAC的盐基度对去除效果的影响 由图 1可知,废水中 N i2+和浊度的去除率随 APAC 盐基度的升高先升高后降低。当盐基度为 80%时,去 除效果最佳, N i2+ 和浊度的去除率分别为 85. 05%, 97. 82%;当盐基度高于 80%时, 去除效果却下降。这 是因为盐基度过高,聚合物难以稳定存在,易产生难溶 的氢氧化铝沉淀。 2. 2 APAC中铝与凹凸棒质量比对处理效果的影响 固定 APAC投加量为 40 mg /L, 盐基度为 80%,废 液 pH值为 7, 在室温下, 测量 APAC对废水中 N i2+及 浊度的去除率与 APAC中铝与凹凸棒质量比的关系, 结果见图 2。 图 2 铝与凹凸棒质量比对处理效果的影响 由图 2可知, N i2+和浊度的去除效果随着凹凸棒组 分含量的增大先升高后降低,存在最大值,即铝与凹凸 棒质量比为 2 B1时, N i2+和浊度的去除效果最佳,去 除率分别为 85. 22%, 94. 18%。 2. 3 APAC投加量对处理效果的影响 在室温和 pH值为 7的条件下, 用浓度为 2 g /L的 APAC ( 35. 38% A l2O3 )溶液处理含 N i2+废水, 絮凝剂 APAC用量 [m ( APAC溶液 ) /V (废水样 ) ]对废水中 N i 2+和浊度去除率的影响见图 3。 由图 3可知, APAC用量增加时, 废水浊度及 N i2+ 的去除率均先升高后降低,用量为 32mg /L时 APAC的 净水效果最佳, 浊度及 N i2+ 去除率达到最高, 分别为 99. 82%及 84. 02%。这是因为 APAC用量太少时电性 图 3 APAC的投加量对处理效果的影响 中和少, 吸附架桥作用较弱, 使得去除效果不佳; 用量 增大时吸附量随之增大,有利于吸附架桥; 但是当覆盖 率接近 100%时, 由于颗粒表面已无吸附空位, 桥连作 用无法实现 [ 10] , 故随着絮凝剂投加量的继续加大, 去除 率将不再增大。用 APAC处理含重金属废水, 形成的 是沉降性能较好且密实的大絮凝体。 2. 4 废水 pH值对处理效果的影响 用 HC l和 N aOH调节废水的 pH值,然后加入浓度 为 2mg /L的 APAC絮凝剂 ( 35. 38% A l2O 3 ), 投加量为 32 mg /L,废水 pH值对废水除浊率及除 N i2 +率的影响 见图 4。 图 4 废水 pH值对 APAC处理效果的影响 由图 4可以看出, 废水的 pH值对 APAC的处理效 果有显著影响。除浊率随废水 pH 值的增大而增大, pH值大于 8后趋于恒定,除浊率为 99. 18%; pH值为 10时, N i2+的去除率最高, 达到 87. 42%。 3 APAC除浊、除 N i2+机理初探 絮凝剂主要是通过静电吸附、电中和脱稳、双电层 压缩、架桥、网捕等多种作用将细小松散的微粒聚集成 密集的大颗粒,然后在重力的作用下沉降, 最终净化水 体。在所制备的复合絮凝剂中, 聚合羟基铝离子 ( PAC )主要作为无机絮凝剂中和水中悬浮颗粒物, 并 使之脱稳聚沉; 凹凸棒组分主要作用是吸附水中絮体 及离子交换、配位吸附水中的 N i2+ , 并加速絮体的下 沉。 凹凸棒黏土矿物是一种含水的层状铝 (镁 )硅酸盐 Vo l. 42 No . 9 Sep. 2009 68 矿物,其化学活性中心有 2个: 层间可交换阳离子及水 分子和 A l- O八面体及 A l3+取代 S i4+后形成的 A l- O 四面体中的 A l- OH 基团。当凹凸棒与聚合氯化铝反 应后, 投入中性、碱性的废水中时, 其表面可以形成水 合氧化物覆盖层,表面呈负电性,有利于配位吸附重金 属离子。 另外,由于凹凸棒表面有许多 - S i- OH, - A l- OH断键, 且有大量的可溶态 A ,l C a, Fe等,表面的可溶 态离子如 A l和 Fe等离子迅速溶解,并以一定的速度梯 度由矿物表面扩散至水体中。在扩散过程中, A ,l Fe等 离子发生水解, 初步水解的 - OH具有桥键的性质,可 使 A ,l Fe离子的单核配合物通过桥键缩合或聚合为多 核配合物或高聚物, 使水解产物由低电荷低聚合度发 展为高电荷高聚合度的多核配合物或高聚物, 且同时 与矿物表面的 - S i- OH, - A l- OH断键进行结合,将 其本身与矿物联结在一起,组成一个特殊的、去污效果 极强的 /矿物 -高聚物复合体0。由于该复合体表面上 大量的多核配合物或高聚物, 使其在污水中极易与胶 体发生吸附架桥、卷扫、压缩双电层及电中和作用,从 而大大提高絮凝效果。 4 结 论 ( 1)新型环保絮凝剂 APAC能够有效地去除水中 的 N i2+及浊度物,去除效率较高。 ( 2) APAC除 N i2 +及除浊的性能, 受盐基度、铝与 凹凸棒质量比、投加量、pH 值等因素影响。当铝与凹 凸棒质量比为 2 B1, 盐基度为 80%, 2 mg /L APAC投 加量为 32 mg /L, pH值在 7~ 12范围内时, N i2+及浊度 的去除效果最佳。 [ 参 考 文 献 ] [ 1 ] 李静萍,陈 峰, 李发达.凹凸棒石对废水中 N i2+吸附性 能的研究 [ J].应用化工, 2008, 37( 5) : 514~ 516. 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[编辑:郑 霞 ] (上接第 63页 ) 3 结 论 ( 1)新工艺制备的氧化膜有很好的耐腐蚀性能,与 常规氧化膜相比差异甚小。这可能是因为电流一部分 不通过电极而直接由电解质导通, 造成通过电解槽中 的 2个电极的实际电流比流过普通阳极氧化的电流 小,而导致了用新方法制备的氧化膜的耐蚀性不如普 通氧化膜好。 ( 2)新工艺制备的氧化膜在均匀致密性方面比普 通阳极氧化膜稍差,主要是在相同电流条件下, 电流的 有效利用率不如后者。 ( 3)新工艺制备的管材氧化膜, 省去了一系列处理 如两端封孔等过程。在恒定的电压及温度下, 通过对 电流的控制, 能够直接对所需管材进行阳极氧化。该 方法不仅适合于管材外壁, 对管材内壁同样适用。该 方法工艺简单,可望实现在线生产。 [ 参 考 文 献 ] [ 1 ] 刘永辉,张佩芬. 金属腐蚀学原理 [M ]. 北京: 航空工业 出版社, 1993. [ 2 ] 崔昌军, 彭 乔. 铝及铝合金的阳极氧化研究综述 [ J]. 全面腐蚀控制, 2002, 16( 6): 12~ 17. [ 3 ] 郭 起. 铝管内壁的阳极氧化处理 [ J]. 轻合金加工技 术, 1994, 22( 7): 43~ 45. [ 4 ] 傅献彩.物理化学 (第四版 ) [M ]. 北京: 高等教育出版 社, 2000. [ 5 ] 石 磊,王 清, 王释波.转化膜性能的测试技术 [ J]. 腐 蚀与防护, 2004, 25( 10): 441~ 444. [编辑:段金弟 ]