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生物制剂深度净化高浓度重金属废水的研究

生物制剂深度净化高浓度重金属废水的研究

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作者：常皓中南大学

学位级别：硕士

重金属废水是目前重金属冶炼企业所面临的重要环境问题，尽管可基本达标排放，但排放总量大，又有不少金属资源流失，回用困难。以株洲冶炼集团高浓度重金属废水为对象，提出并自制“生物制剂a”对其进行处理。在重金属离子热力学的理... 详细信息

重金属废水是目前重金属冶炼企业所面临的重要环境问题，尽管可基本达标排放，但排放总量大，又有不少金属资源流失，回用困难。以株洲冶炼集团高浓度重金属废水为对象，提出并自制“生物制剂a”对其进行处理。在重金属离子热力学的理论计算基础上，经过实验室的反复实验验证和现场扩试研究，开发出了“生物制剂a配位-二段水解-深度脱钙”新工艺，并且得到如下结论： (1)绘制了四种金属离子-水系的pc-pH图、羟合配离子分率α-pH图及四种金属氢氧化物条件溶度积与pH关系图。pc-pH图描述了四种金属氢氧化物溶解平衡时，总离子平衡浓度与pH关系。pH为8.35～10.82时Zn(OH)(固)的溶解度最小，pH为7.32～10.68时Cu(OH)(固)的溶解度最小，pH为9.84～13.31时Cd(OH)(固)的溶解度最小，pH为10.096～10.997时Pb(OH)(固)的溶解度最小。α-pH图指出了各种羟合配离子分率与pH关系，四种金属羟合配离子都有其最佳的存在pH范围。pPs-pH图指出了四种金属氢氧化物的条件溶度积与pH的关系，pH在8.0～9.0范围内Zn(OH)(固)的条件溶度积最小，pH在7.0～9.0范围内Cu(OH)(固)的条件溶度积最小，pH在9.5～10.5范围内Cd(OH)(固)的条件溶度积最小，pH在10.3～11.2范围内Pb(OH)(固)的条件溶度积最小。 (2)考察了生物制剂a的量、配位和水解反应时间、水解最终pH值、絮凝剂PAM加入量和温度等因素影响。确定了工艺参数为：生物制剂a的用量是0.5，配位反应时间为15min，水解反应时间为5min，水解反应终点pH值为10.0，PAM加入量为0.6mg／L，反应过程受温度的影响不大。针对几个重要的影响因素，设计了四因素三水平的正交实验，对实验结果进行了极差分析和方差分析。结论表明：Zn离子和Cu离子浓度随因素水平不同而有所变动，但在所有的范围内都达到国家饮用水水源水质标准。综合考虑水解pH值是第一重要影响因素，生物制剂a的量为第二重要因素，配合反应时间和水解反应时间的影响没有很大区别。 (3)研究了“生物制剂a配合-二段中和-深度脱钙”工艺过程特征。水溶液中存在三个缓冲区，第一个缓冲区pH3～4，第二个缓冲区pH6～8，第三个缓冲区pH11～12。经过处理可以使重金属废水中的Zn、Cu达到国家饮用水源的标准，Pb在0.05mg／L左右，接近国家饮用水标准，而Cd也在0.05mg／L左右。采用碱渣深度净化Ca离子，可以使其脱除至任意浓度。 (4)采用Ca(OH)及NaOH作中和剂，控制一定pH值时，可以使SO及Na离子在反复循环使用时保持平衡，不致于发生累积，一般SO浓度保持在2000mg／L之内。 (5)通过EDX、红外光谱和XRD分析剩余废渣可以推知生物制剂a是一种富含羟基的胶态粒子，羟基中氧原子的电子结构是1ss2p2P2p，氧原子外层的电子为sp杂化状态，其中有两个未共用的电子对占据两个sp杂化轨道。在常温条件下，生物制剂a可与重金属离子成键形成生物配合物，残渣中含有OH基团、羰基、SO、C-H键等。生物制剂在pH3～4时开始水解，诱导生物配位体“冻结”长大形成溶度积非常小的、含有多种元素(如Mn、Si、Mg、Al、O、S、Pb、Cd、Ca、Fe、C、Cu、Zn)的非晶态的稳定化合物，从而使重金属离子高效脱除。 (6)现场扩试经过权威部门监测出水证实对于酸性、高钙、高浓度重金属原水，采用生物制剂a直接深度处理，使处理后出水铜、铅、锌、镉、钙离子浓度达到《生活饮用水水源水质标准》(CJ3020—93)，钙离子浓度可控制。

关键词：重金属废水生物制剂a 配位反应深度净化脱钙

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