重金属废水处理原理及控制条件

原水水质6-8条件下,双氧水破络效果优于次氯酸钠,双氧水投加量为0.34ml/l(340ppm),最佳反应时间40分钟,破络后沉淀最佳ph=10.5,但是会造成污泥上浮; ? 臭氧破络;

在偏碱性条件下,臭氧分子在OH-的催化下容易分解成羟基自由基,羟基自由基比臭氧有更强的氧化性,反应速度快,氧化更彻底。最佳反应时间30分钟,ph控制在7以上(9~10)。 ? 芬顿

芬顿氧化主要以H2O2与Fe2+组合的Fenton试剂为氧化剂,在酸性条件下生成强氧化性的羟基自由基,将大分子有机物开环,最终氧化分解。(芬顿氧化技术有一定的适用范围,针对含苯环类物质有较好的去除效果)

芬顿试剂的主要药剂是硫酸亚铁与双氧水与碱。先通过正交实验将硫酸亚铁与双氧水的投加比例得出(一旦控制不好便容易返色)。再按照先调PH=2~4,投加硫酸亚铁,再投加双氧水,再进芬顿试剂投加顺序与污泥沉降处理行pH值调节的顺序进行投加。在硫酸亚铁投加后反应15分钟左右,再进行双氧水的投加,反应20~40分钟后再加入碱回调pH值,处理效果更佳。

如果确定芬顿反应进行彻底,可在水中投加非离子型的聚丙烯酰胺,它可以帮助污泥加速沉降。利用硫酸亚铁芬顿对一些高色度与高COD废水的去除率都可以达到90%-95%。(参考值ORP=350mv) ? CaO、Bacl2(钡盐)

4.含锌废水

锌是一种两性元素,它的氢氧化物不溶于水,并具有弱碱性和弱酸性,故其化学式可写作:碱式:Zn(OH)2,酸式:H2ZnO2。由于它呈两性、故在强酸或强碱中能溶解。在锌酸盐溶液中加适量的碱可折出Zn(0H)2白色沉淀,再加过量的碱,沉淀又复溶解;但反之,在锌酸盐溶液中,加适量酸也可析出Zn(0H)2白色沉淀,再加过量的酸、沉淀又复溶解。锌的氢氧化合物为两性化合物,pH值过高或过低,均能使沉淀返溶而使出水超标。所以在用化学沉淀法处理含锌废水的过程中,要注意pH值的控制。

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反应原理

Zn2+ + 2OH- ===Zn(OH)2(沉淀) 反应条件:ph=8.5~9,

5.含铜废水

氰化镀铜主要用于多层电镀的底层或中间镀层,如电镀铜/镍,铜/镍/铬,铜/铜/镍/铬,镍/铜/镍/铬等。由于金属铜的电极电位较正,在钢铁件上镀铜,其性质为阴极性镀层,因此对基体没有电化学保护作用。作装饰性单层镀铜(如灯具)必须用透明漆作保护。

线路板、电镀含铜废水中,大部分为络合铜,同时存在游离态铜。对水中存在的游离态金属离子可以通过调碱的方式,使水中金属单质达到共沉淀值或通过使用聚合硫酸铁、聚合氯化铝等高分子混凝剂进行强化混凝处理。但水中的络合铜稳定性强,难以通过以上方式去除,需要先进行破络处理。

络合铜废水除二价铜离子(Cu2+)外,还有大量的络合铜存在。线路板废水中与铜离子形成的络合物主要有三种,分别为铜氨络合物[Cu(NH3)4]2+、铜氯络合物[Cu(Cl-)4]2+和铜EDTA络合物[Cu(EDTA)] 2+,有的线路板厂将络合废水分为氨铜废水(主要污染物是铜氨络合物[Cu(NH3)2+4])和化铜废水(主要污染物是铜EDTA络合物[Cu(EDTA)] 2+)。

对于铜氨络合物[Cu(NH3)4]2+、铜氯络合物[Cu(Cl-)4]2+和铜EDTA络合物[Cu(EDTA)] 2+,在酸性条件下,使用硫酸亚铁作为破络剂,其机理在于绿矾溶解后所生成的Fe+具有将络合铜中的二价铜离子还原成一价铜离子,一价铜离子与氨、DETA、氯离子形成的络合物就不再稳定,一价铜离子容易与水中氢氧根离子反应生成氢氧经亚铜沉淀。

以Cu(CN)32-为例(氰化镀铜中,铜离子多以一价存在),由于铜易从+1价被氧化为+2价,尽管Cu(CN)32-的络离子稳定常数较大,但二价铜不能与氰离子形成稳定的络合物,所以Cu(CN)32-还是很容易被氧化,结果+1价铜变为+2价铜,氰化物被氧化。Fe(CN)64-则不然,由于其稳定常数比较大,一般有效氯浓度低或反应温度低时不易被氧化,当强化反应条件使+2价铁被氧化为+3价时,由于Fe(CN)63-仍十分稳定,所以氰离子并不解离,也不氧化。

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反应原理:

Cu2+ +2OH- == Cu(OH)2(沉淀)

反应条件: pH=9.5~10.5

含有络合剂的含Cu废水,首先应该考虑破络,然后进行化学沉淀。 破络反应 ? 硫化钠

将硫化物(硫化钠)加入含络合铜的废水中,然后加入氢氧化钠,控制废水的pH值在9~10.之间,再适量添加聚丙烯酰胺(PAM),形成溶度积很小的难溶沉淀物硫化铜(CuS),在PAM的作用下将铜离子从废水中除去。硫化物沉淀法可以将含络合铜废水中的含铜量降低到0.5mg/L以下。

在ph=9~10时,硫化钠中硫离子能与二价铜离子形成稳定的化合物,其稳定常数高于二价铜和氨、EDTA、氯离子等置换出来,形成黑色的硫化钠沉淀。但是CuS有形成胶性溶液的倾向(能透过滤纸),需要添加絮凝剂使之形成大的絮体共同沉降下来。采用此方法处理PCB络合废水,往往因为沉淀池沉淀效果不好,使出水不能稳定达标。另外,由于没有硫化物在线监测仪器,工程上往往需要过量投加Na2S,过量的S2-使废水产生恶臭,需要添加亚铁盐使之沉淀下来,不然会造成二次污染。 ? 硫酸亚铁

由于在酸性条件下,EDTA-Cu的稳定常数小于EDTA-Fe3+的稳定常数(pH=4,EDTA-Cu的稳定常数的对数值lgK稳=10.2,EDTA-Fe3+的稳定常数的对数值lgK稳=14.7),因此,向PCB络合废水中加入Fe3+可以将Cu2+置换出来,即将络合态铜离子转化成游离态铜离子,然后调高废水的pH值,可以将Cu2+完全沉淀下来。在实际的工程中加入的是硫酸亚铁,在酸性条件下,通过机械或空气的搅拌,部分Fe2+氧化成Fe3+(有部分资料认为,此过程中二价铜离子会被还原为一价亚铜离子,一价铜离子与氨、DETA、氯离子形成的络合物就不再稳定,一价铜离子容易与水中氢氧根离子反应生成氢氧经亚铜沉淀,)通过Fe3+置换出EDTA-Cu中的Cu2+,然后加入NaOH调高pH值至9左右,生成Cu(OH)2、Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀,利用Fe(OH)3生成的矾花较大,吸附性较强,沉淀速度较快,加快铜的去除。此法在工程上成功的案例较多,出水总铜普遍低于0.5mg/L,但也有其缺点:

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加药量较大,产生的污泥较多。 ? 氧化法

向废水中添加强氧化剂氧化铜的配位离子,使Cu2+释放出来,然后加碱沉淀之。常用的氧化剂有NaCLO、Fenton试剂等。采用Fenton试剂氧化法处理线路板沉铜车间排放的含EDTA-Cu废水,最佳反应条件: pH值为3左右,反应时间1h,H2O2/COD=2.0,FeSO4投加量10g/L,达到了去除络合铜离子并降低了COD的目的。采用氧化破络法不仅能将Cu2+沉淀下来,还降低了废水的COD和NH3-N,简单易行,但是需要投加的氧化剂量比较大,药剂费用较高,厂家极少采用。(可参照含镍废水芬顿破络)

次氯酸钠氧化破络,可以参照含氰废水处理工艺(氰化铜)--氯氧化法。 ? 重捕剂

重金属捕集剂是一种水溶性的能与多种重金属形成稳定不溶物的鳌合物。利用重金属捕剂集与铜离子结合成更稳定的鳌合物,形成沉淀去除。DTCR在pH为7、DTCR/FeCl3为14,搅拌时间为40min条件下,铜的去除率高达99.8%,不受共存络合物的影响。利用重金属捕集剂处理方法络合铜废水操作简便,但是重金属捕剂集一般价格较高,处理成本较高。

6.含砷废水

含砷废水有酸性和碱性,当中一般也含有其它重金属离子。含砷废水中砷的存在形态受pH的影响很大,在中性条件下,可溶砷的数量达到最大,随着pH的升高或降低其溶解的数量都将降低。pH为5.0时,溶液中砷主要以无机砷的形态存在,当pH为6.5时,有机砷为其主要存在形态。但由于含砷废水的来源并不单一,其成分也是复杂多变的。传统的方法处理处理含砷废水主要用化学沉淀法,根据具体的情况又可分为砷酸钙法和硫化砷法。砷酸钙法是用石灰、铁盐、高分子絮凝剂使砷与这些物质作用发生中和脱砷、吸附等反应,并发生架桥、共沉淀效应,使砷从废水中去除。 反应原理:

3Ca(OH)2 + 2H3AsO3 = Ca3(AsO3)2(悬浮固体) + 6H2O

3Ca(OH)2 + 2H3AsO4 = Ca3(AsO4)2(悬浮固体) + 6H2O

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