离子浮选法处理电镀废水实验研究

Posted 2023-01-12 浓度

篇首语：宁可身冷，不可心冷；宁可人穷，不可志穷。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了离子浮选法处理电镀废水实验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

进行离子浮选法处理电镀废水的研究，对影响因素pH、CA∶CMe(摩尔比)、离子强度、浮选时间和通气量等进行了实验研究。实验结果表明：离子分离选择性递减顺序为：Cd2+>Zn2+>Fe2+>Cu2+>Ni2+。当CA∶CMe为2.5～3∶1，pH为8.5～9，离子强度不高于0.0001mol/L时，离子浮选对镉、锌、铜、镍等金属离子均有很高的去除率，Cd2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+残余浓度最低分别可达0.05、0.20、0.22、0.28和0.33mg/L，处理后的电镀废水各污染物浓度均达到排放标准。泡沫产品中镉、锌、铜、镍品位分别达到3.2%、9.3%、18.1%和13.2%，具有极高的资源回收价值。
电镀废水来源于电镀过程中的镀件清洗水，各镀槽的电镀废液、漂洗槽废液、设备冷却水以及地面冲洗水等，其中清洗水是最主要来源。主要污染物为Cr6+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和Cd2+等重金属离子。电镀废水中铬、铜、镉等重金属可致癌、致畸、致突变。电镀废水如不进行有效治理，将会严重污染环境，影响人们的身体健康。目前重金属离子废水的处理方法，主要有化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法、膜分离法、生物法和浮选法等。
离子浮选最先用于湿法冶金富集提纯，南非Sebba教授于1959年最先提出，但直到20世纪6年代末才出现相关专著文献[7，8]。所谓离子浮选法是利用表面活性剂物质在气-液界面上所产生的吸附现象，使离子与表面活性剂形成不溶的沉淀物，并附着在气泡上实现浮选分离。离子浮选过程实际上是利用浮选矿物原理分离溶液的组分，因此，离子浮选法具有萃取法和离子交换法的优点，就动力学特性而言，离子浮选法处于液体萃取法的水平，就有机物的损失量来说，它接近于离子交换法水平。此外，离子浮选法具有处理溶液中低浓度金属离子能力，能有效去除溶液中浓度小于1mg/L金属离子。
近年来，有关离子浮选处理污染物或回收有价成份研究报道很多。赵宝生等利用离子浮选法处理放射性废水，处理后的废水体积可减少99%，经处理后铀含量可达0.02mg/L以下。霍广生等成功采用离子浮选法从钨酸盐溶液中分离钨钼，对于含钼量0.4～1.2g/L的料液，钼去除率可达到94%～99%。张海军等进行了离子浮选法处理含铅酸性矿冶废水的研究，浮选后溶液中铅离子残余浓度仅0.515mg/L。傅炎初等用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作捕集剂进行活性染料废水浮选脱色研究，其脱色率高达80%～90%。
进行了离子浮选处理单金属离子模拟废水和实际电镀废水的实验，主要考查了pH、捕收剂用量、浮选时间(即废水在浮选柱中水力停留时间)及离子强度对去除率的影响。
1.实验部分
1.1 模拟废水和电镀废水性质
单金属离子模拟废水均配成50mg/L的浓度备用。实验所用电镀废水取自广东省中山市某五金电镀城，废水水质情况见表1。

1.2 实验试剂
CuSO4.5H2O(AR)、ZnSO4.7H2O(AR)、NSO4(AR)、NaCl(AR)、捕收剂DK863(主要组分为脂肪族羧酸RCOOH的钠盐或钾盐的混合物RCOMe式中R为C10～C16)、松醇油等。
1.3 实验设备和仪器
pHS-29A型酸度计、GD型10L浮选柱(带流量计)、Z-8000原子吸收分光光度计、COD快速测定仪、721分光光度计、TJ270-30A型红外分光光度计等。
1.4 实验方法
取50L原废水调节到实验所需pH值，取调节好pH值的废水倒入GD型10L浮选柱中进行浮选，加入一定量捕收剂和起泡剂，进行连续浮选，取出水分析残余金属离子浓度，以确定各因素与残余金属离子浓度的关系。
1.5 分析方法
金属离子均采用原子吸收分光光度法、COD采用重铬酸钾法(GB/T11914-1989)、石油类采用红外分光光度法(GB/T16488-1996)。
2.实验结果与分析
离子浮选是利用离子与表面活性剂形成不溶的沉淀物，并将其上浮成泡沫产品，捕收剂(A±m)与被捕集物(MeX±l)相互作用的反应式如下：

提高去除率(E)最有效方法是降低沉淀物的溶度积KSP，溶度积KSP与离子种类、捕收剂种类及溶液pH值有关，当然提高捕收剂初始浓度CA亦可提高去除率，但这在工业过程中对降低KSP程度有限。对于已形成沉淀物最大程度去除则取决于浮选时间，通气量等因素，实验考查上述因素对去除率的影响。
2.1 单金属离子浮选
实验首先进行了单金属离子浮选，在单金属离子浮选结果基础上，再进行实际废水离子浮选实验，模拟废水pH8.5，浮选时间8min。
2.1.1 Cd2+离子浮选
捕收剂用量(用CA∶CMe表示，简称当量，下同)与各种单金属离子残余浓度的关系见图1。为了更直观表述捕收剂用量对各种单金属离子去除率的影响趋势，将各种单金属离子残余浓度与捕收剂用量关系均做在同一图上。

实验结果可知，捕收剂用量CA∶CMe=1时，Cd2+残余浓度0.1mg/L。捕收剂用量再继续升高，Cd2+残余浓度降低幅度很小。因此，捕收剂用量CA∶CMe=1～1.1∶1为宜，残余Cd2+浓度最低可达0.05mg/L。
2.1.2 Zn2+离子浮选
实验结果可知，捕收剂用量CA∶CZn=1.8时，Zn2+残余浓度可达0.50mg/L，捕收剂量再继续升高，Zn2+残余浓度降低幅度很小。因此，捕收剂用量CA∶CZn=1.8～2.0∶1为宜，Zn2+残余浓度最低可达0.20mg/L。
2.1.3 Fe2+离子浮选
由实验结果可知，捕收剂用量CA∶CFe=1.8时，Fe2+残余浓度0.35mg/L，捕收剂用量再继续升高，Fe2+残余浓度降低幅度很小。捕收剂用量CA∶CFe=1.8～2.0∶1为宜，Fe2+残余浓度最低可达0.20mg/L。
2.1.4 Ni2+离子浮选
实验结果表明，捕收剂用量CA∶CNi=3.6时，Ni2+残余浓度0.45mg/L，捕收剂用量再继续升高，Ni2+残余浓度降低幅度很小。捕收剂用量CA∶CNi=3.6～4.0∶1为宜，Ni2+残余浓度最低可达0.18mg/L。
2.1.5 Cu2+离子浮选
实验结果显示，捕收剂用量CA∶CCu=3.6时，Cu2+残余浓度0.6mg/L，捕收剂用量再继续升高，Cu2+残余浓度降低幅度很小。捕收剂用量CA∶CCu=3.6～4.0∶1为宜，Cu2+残余浓度最低可达0.26mg/L。
从图1来看，发现这些离子分离选择性递减顺序为：Cd2+>Zn2+>Fe2+>Cu2+>Ni2+，且Cd2+分离选择性最好(最易被去除)，Zn2+和Fe2+分离选择性相近，Cu2+和Ni2+分离选择性相近。
2.2 实际废水离子浮选
2.2.1 pH值对离子浮选的影响
溶液pH值是影响离子浮选的重要因素，它直接影响着捕收剂与离子所形成的化合物的溶度积，捕收剂的耗量及浮选泡沫的稳定性，同时通过调节控制pH值可改变离子的电性，增强捕收剂的选择性。选择CA∶CMe=2.2∶1(实际废水CMe指全部金属浓度和)，浮选时间10min，废水原始pH值与残余金属离子浓度的关系见图2。

实验结果表明，随pH值的提高残余金属离子浓度降低，特别当pH达6.5以后，随pH值提高残余离子浓度急剧降低，pH8.0～9.0残余离子浓度最低，Cd2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+残余浓度最低分别可达0.05、0.25、0.32、0.38和0.45mg/L。当p值达9.0后，随pH值升高，残余离子浓度有所增加。对出水COD和石油类进行了分析，发现离子浮选对COD的去除率达50%～60%，对石油类去除率达85%～95%，这两类污染物均可达标排放。
2.2.2 捕收剂用量对离子浮选的影响
取pH8.5实际废水，浮选时间10min，捕收剂用量与残余金属离子浓度的关系见图3。

对实际废水的处理发现，低CA∶CMe时，首先是Cd2+有较高的去除率，随着CA∶CMe增加Fe2+、Zn2+的去除率显著提高，随CA∶CMe进一步提高，Ni2+、Cu2+去除率增加，当CA∶CMe达到20～2.2∶1时，Cd2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+残余浓度最低分别为0.05、0.20、0.22、0.28和0.33mg/L。
2.2.3 浮选时间对离子浮选的影响
取pH8.5实际废水，捕收剂用量CA∶CMe=2.2∶1，改变浮选时间，浮选时间与残余金属离子浓度的关系见表2。

实验结果表明，随着浮选时间的延长，残余金属离子浓度减小，但首先降低最快的是Cd2+，其次Zn2+和Fe2+浓度迅速下降，当前面3种离子浓度下降到很低浓度后，Ni2+和Cu2+迅速降低，这可能与这些离子分离选择性强弱有关。实验发现浮选时间为10min时，残余金属离子浓度已经很低，继续延长浮选时间，离子浓度降低不明显，因此，对电镀废水进行离子浮选，浮选时间以10min以上为宜。
2.3 离子强度对离子浮选的影响
离子强度是影响离子浮选的一个重要因素，添加强电解质NaC1和NaNO3，调节不同离子强度进行实验，离子强度对金属离子去除率的影响见表3。

实验结果表明，电解质浓度对金属离子去除率影响很大。离子强度低于10-4mol/L时，Cd2+、各种金属离子的去除率均达到98%以上，当离子强度由10-4mol/L升高到10-3mol/L，金属离子的去除率急剧下降，且添加NaCl增加离子强度对去除率影响远大于添加NaNO3。离子强度继续升高，去除率下降较慢趋势逐渐平缓，因此，离子强度对离子浮选影响显著。
3 结论
(1)单金属离子浮选实验来看，发现这些离子分离选择性递减顺序为：Cd2+>Zn2+>Fe2+>Cu2+>Ni2+，且Zn2+和Fe2+分离选择性相近，Cu2+和Ni2+分离选择性相近。
(2)离子强度是影响金属离子去除率最重要因素，添加NaCl增加离子强度对去除率影响远大于添加NaNO3，这可能与Cl-易与金属离子形成络合离子有关。要提高离子浮选效率必须严格控制离子强度。pH值对离子浮选效果的影响亦较关键，当pH达8.0～9.0残余离子浓度最低。
(3)低CA∶CMe时，首先是Cd2+有较高的去除率，随着CA∶CMe增加Fe2+、Zn2+的去除率显著提高，随CA∶CMe进一步提高，Ni2+、Cu2+去除率增加，当CA∶CMe达到2.0～2.2∶1时，各种金属离子均有较高的去除率。
(4)随浮选时间的延长，残余金属离子浓度减小，Cd2+首先降低，其次Zn2+和Fe浓度迅速下降，最后Ni2+和Cu2+迅速降低，这可能与这些离子分离选择性强弱有关。
(5)达到一定浮选时间和通气量后，继续延长浮选时间或增加通气量，对金属离子去除率提高不再明显，这可能是由于通气量增大，捕收剂与金属离子的络合迅速达到饱和状态，但形成络合物的量没有增加，离子去除率增加到一定值后，不会再因浮选时间和通气量增加而增加，且过高的通气量会导致泡沫产品质量的降低。
(6)采用离子浮选法处理电镀废水，不但对重金属离子有较高的去除率，同时COD和石油类亦有较高的去除率，特别是对石油类的去除率高达90%以上，电镀废水经离子浮选法处理各种污染物均可达标排放。