化学沉降沸石吸附法处理高浓度电镀含锌废水的研究

Posted 2023-01-12 浓度

篇首语：坚志而勇为，谓之刚。刚，生人之德也。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了化学沉降沸石吸附法处理高浓度电镀含锌废水的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

含锌废水对人体健康和环境具有严重的危害性。处理高浓度的含锌废水时需先进行化学沉降，然后再进行深度处理。试验结果证明，对于含289mg/LZn2+的电镀废水，用质量分数为10%的氢氧化钠处理，其投加量为3.7mL/100mL，处理后的Zn2+的浓度为6.6mg/L。再用沸石进行吸附，沸石用量为0.25g/L，搅拌(110r/min)50min，处理后，废水的锌离子去除率最高可达88.8%，剩余Zn2+浓度为0.47mg/L，远低于《国家污水综合排放标准》(GB8978-2002)的一级标准。
前言
锌是人体健康不可缺少的元素，它广泛存在于人体肌肉及骨骼中，但是含量甚微，如果超量就会发生严重后果。含锌废水对人体健康和环境有严重危害，具有持久性、毒性大、污染严重等特点，一旦进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康。随着人类对重金属的开采、冶炼、加工等生产活动的日益增加，产生的重金属废水无论是从数量上还是种类上都大大增加，造成了严重的环境污染和资源浪费。因此含锌废水的治理仍然是世界环保领域的重大研究课题[1-4]。目前已开发应用的含锌废水处理方法主要有3种，即化学法、物理化学法和生物法[5-6]。
但上述方法都存在一定的局限性。如中和沉淀法处理后，若废水pH过高，需要中和处理后才可排放。同时可能多种重金属共存，当废水中含有Zn、Pb、Sn、Al等两性金属时，pH值偏高，有再溶解的倾向，因此要严格控制pH值，实行分段沉淀。同时，一般含锌废水在多数情况下含有配合剂，配合剂的存在将阻碍氢氧化锌沉淀的形成，所以采用中和沉淀法处理含锌废水很难达到排放标准。硫化沉淀法中，若加入过量的硫，不仅带来硫的二次污染，而且过量的硫与某些重金属离子会生成溶于水的络合离子而降低处理效果。铁氧化法在形成铁氧体过程中需要加热(约70℃)，能耗较高，处理后盐度高，而且有不能处理含Hg和络合物废水的缺点。
文中研究利用化学沉降和沸石吸附组合的方法处理高浓度电镀含锌废水，不仅避免了中和沉淀法种种弊端，而且利用天然沸石而无需改性处理就可达到较好的处理效果。本研究先用化学法沉降大部分Zn2+，以Zn(OH)2沉淀的形式除去，可煅烧生成ZnO，从而制成Zn(NO3)2或ZnCl2等试剂，有较高的回收利用价值。然后采用沸石进行吸附处理，使其达到排放标准。从而实现废物的资源化，具有较好的推广应用前景。
1.材料与方法
1.1试验所用仪器设备
AB204-N型电子天平、JJ-4型六联电动搅拌器、THZ-82型恒温振荡器、SHZ-D型循环水式真空泵、722N型分光光度计。
1.2试验所用试剂
氨水、盐酸、水乙酸、人造沸石、无水乙酸钠、双硫腙。
1.3废水水质
本试验所用的废水来自黄石电镀有限公司，选用的是生产车间的废水，Zn2+的含量很高，其水质见表1。

1.4试验方法
将高浓度的含Zn2+废水先进行化学沉淀，再将沉淀处理后的废水用沸石吸附，过滤，取上清液进行分析。
1.5分析方法
用双硫腙分光光度法测定Zn2+的含量。其测定原理是：在pH为4.0～5.5的乙酸盐缓冲介质中，Zn2+与双硫腙形成红色螯合物，该螯合物可被四氯化碳定量萃取，以混色法完成测定。锌-双硫腙螯合物的最大吸收波长为535nm。用此方法测定Zn2+的浓度，以吸光度为纵坐标，以Zn2+的浓度为横坐标做标准曲线，拟合得曲线方程为y=0.442x+0.0014(式中y是吸光度，x是Zn2+的浓度，单位为mg/L)。
2.结果与讨论
2.1溶液pH值对化学沉降处理效果的影响
分别取100mL原水放于9个250mL烧杯中，依次加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，调节溶液pH值分别为7.0、8.0、8.4、9.0、9.5、10.0、10.4、12.5，搅拌均匀，静置，取上清液分析测定废水中Zn2+的剩余浓度，将沉淀抽滤测其SS，分析试验结果。向原水中加入氢氧化钠溶液，Zn2+将以Zn(OH)2的形式沉降，但是当加入过量氢氧化钠溶液，Zn(OH)2将转化为ZnO2-2再次溶解，而分光光度法无法测出ZnO2-2中的锌含量，所以应该找到Zn(OH)2与氢氧化钠反应生成Na2ZnO2的临界pH值。试验结果表明，当溶液pH值为8.4左右时，溶液中Zn2+浓度迅速下降，而悬浮固体SS并未减少，说明此时Zn2+已经大部分沉淀，并有反应生成Na2ZnO2的趋势，所以8.4左右即为临界pH值。加入适当氢氧化钠溶液使原水pH值调至8.4左右，待沉淀完全，静止分层，取上层清液为后面吸附处理的试验用水，测定其pH=8.4，含Zn2+浓度为6.6mg/L。用Zn(OH)2的溶度积作对比计算，理论上，当溶液含Zn2+浓度为6.6mg/L时，溶液的pH值为7.6，与试验结果略有差别，但相差不大，以试验结果为准。
2.2吸附时间对吸附效果的影响
取六份100mL经化学沉降处理后的废水于六个250mL烧杯中，再加入质量浓度为0.2g/L的沸石，分别搅拌10、20、30、40、50、60min，静置，取上层清液分析，试验结果见图1。

从图1可以看出，随着吸附时间的增加，Zn2+的去除率逐渐增大，吸附时间为50min时吸附效果最好，Zn2+的去除率达到83.5%，Zn2+的剩余浓度为1.29mg/L。吸附时间过短，反应不充分，处理效果不佳；吸附时间过长，出现解吸速率大于吸附的现象。后续试验吸附时间为50min。
2.3吸附剂用量对吸附效果的影响
取六份100mL经化学沉降后的废水于六个250mL烧杯中，再分别加入质量浓度为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3g/L的沸石，搅拌50min，然后静置，取上清液分析，试验结果见图2。

从图2可以看出，随着沸石用量的增加，Zn2+的去除率逐渐增大，沸石用量为0.25g/L时吸附效果最好。当吸附饱和后吸附效果明显下降，去除率减小。后续试验吸附剂用量为0.25g/L。
2.4pH值对吸附效果的影响
取100mL经化学沉降后的废水于六个250mL烧杯中，调节pH分别为5.5、6.8、7.5、8.5、9.5、10.5，再分别加入质量浓度为0.25g/L的沸石，搅拌50min，静置，取上清液分析，试验结果见图3。

从图3可以看出，随着pH的增大，Zn2+的去除率增大，pH为9.5时吸附效果最好。pH对吸附质在溶液中存在的形态(电离，络合)和溶解度均有影响，因而对吸附效果有影响。pH为9.5时吸附效果最好，在实际操作中，还需要考虑处理后水的排放标准(pH为6～9)，因此，后续试验选择pH为8～9。
2.5温度对吸附效果的影响
取100mL经化学沉降后的废水于六个250mL的烧杯中，调节pH为8.9，再分别加入质量浓度为0.25g/L的沸石，在温度分别为15、20、25、30、35、40℃的条件下搅拌50min，然后静置，取上清液分析，试验结果见图4。

从图4可以看出，随着温度的增加，吸附效果有所下降。吸附反应为放热反应，温度升高会使反应平衡向着吸热反应的方向进行。因此，随着温度的增加，吸附效果有所下降。实际操作中一般选择室温。
2.6废水初始Zn2+浓度对吸附效果的影响
配制初始Zn2+浓度分别为3.81、6.35、9.53、12.7、15.24、19.05mg/L的废水，各取100mL废水于6个250mL烧杯中，再分别加入质量浓度为0.25g/L的沸石，搅拌50min，取上清液分析，试验结果见图5。
从图5可以看出，随着Zn2+浓度的增加，吸附效果有所下降。因为原水中Zn2+浓度很大，而沸石的吸附容量有限，使得出水不能达到排放标准。同时也说明了高浓度的含锌废水不能直接用吸附法处理，而需要先进行化学沉降再进行吸附处理。

3.结论
(1)采用化学沉降和沸石吸附组合工艺处理高浓度含Zn废水，避免了化学沉降法的弊端，同时利用丰富廉价的沸石矿物资源作为吸附材料，提高了处理效果，达到排放标准。
(2)沸石对水相中锌离子具有良好的吸附性能，废水pH值是影响处理效果最重要的因素，随着pH逐渐增加，锌离子的去除率不断增大。当pH为9.5时锌离子去除率最高，考虑到出水pH值应该在6～9之间，所以将pH值调至6～9为宜。
(3)温度对处理效果有一定的影响，考虑运行成本，采用室温即可。
(4)对于100mL经化学沉降处理后的废水，沸石的最佳吸附时间为50min，吸附剂的最佳用量为2.5g/100mL。
(5)Zn2+的去除率随着废水Zn2+初始质量浓度的增加而呈下降趋势。高浓度的含锌废水需要先加入质量百分比为10%的氢氧化钠进行化学沉降，投加量为3.7mL/100mL，处理后的Zn2+的浓度为6.6mg/L。
(6)经化学沉降预处理后废水中锌离子的去除率最高可达88.8%，剩余浓度为0.47mg/L，远低于国家污水综合排放标准(GB8978-2002)的一级标准。