摘要:含鋅廢水對人體健康和環(huán)境具有嚴(yán)重的危害性。處理高濃度的含鋅廢水時(shí)需先進(jìn)行化學(xué)沉降，然后再進(jìn)行深度處理。試驗(yàn)結(jié)果證明，對于含289mg/LZn2+的電鍍廢水，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉處理，其投加量為3．7mL/100mL，處理后的Zn2+的濃度為6．6mg/L。再用沸石進(jìn)行吸附，沸石用量為0．25g/L，攪拌(110r/min)50min，處理后，廢水的鋅離子去除率最高可達(dá)88．8%，剩余Zn2+濃度為0．47mg/L，遠(yuǎn)低于《國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－2002)的一級標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞:化學(xué)沉降;沸石;吸附;高濃度含鋅廢水

中圖分類號(hào):X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

前言

鋅是人體健康不可缺少的元素，它廣泛存在于人體肌肉及骨骼中，但是含量甚微，如果超量就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重后果。含鋅廢水對人體健康和環(huán)境有嚴(yán)重危害，具有持久性、毒性大、污染嚴(yán)重等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入環(huán)境后不能被生物降解，大多數(shù)參與食物鏈循環(huán)，并最終在生物體內(nèi)積累，破壞生物體正常生理代謝活動(dòng)，危害人體健康。隨著人類對重金屬的開采、冶煉、加工等生產(chǎn)活動(dòng)的日益增加，產(chǎn)生的重金屬廢水無論是從數(shù)量上還是種類上都大大增加，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。因此含鋅廢水的治理仍然是世界環(huán)保領(lǐng)域的重大研究課題。目前已開發(fā)應(yīng)用的含鋅廢水處理方法主要有3種，即化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。

但上述方法都存在一定的局限性。如中和沉淀法處理后，若廢水pH過高，需要中和處理后才可排放。同時(shí)可能多種重金屬共存，當(dāng)廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時(shí)，pH值偏高，有再溶解的傾向，因此要嚴(yán)格控制pH值，實(shí)行分段沉淀。同時(shí)，一般含鋅廢水在多數(shù)情況下含有配合劑，配合劑的存在將阻礙氫氧化鋅沉淀的形成，所以采用中和沉淀法處理含鋅廢水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。硫化沉淀法中，若加入過量的硫，不僅帶來硫的二次污染，而且過量的硫與某些重金屬離子會(huì)生成溶于水的絡(luò)合離子而降低處理效果。鐵氧化法在形成鐵氧體過程中需要加熱(約70℃)，能耗較高，處理后鹽度高，而且有不能處理含Hg和絡(luò)合物廢水的缺點(diǎn)。

文中研究利用化學(xué)沉降和沸石吸附組合的方法處理高濃度電鍍含鋅廢水，不僅避免了中和沉淀法種種弊端，而且利用天然沸石而無需改性處理就可達(dá)到較好的處理效果。本研究先用化學(xué)法沉降大部分Zn2+，以Zn(OH)2沉淀的形式除去，可煅燒生成ZnO，從而制成Zn(NO3)2或ZnCl2等試劑，有較高的回收利用價(jià)值。然后采用沸石進(jìn)行吸附處理，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。從而實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

1·材料與方法

1．1 試驗(yàn)所用儀器設(shè)備

AB204－N型電子天平、JJ－4型六聯(lián)電動(dòng)攪拌器、THZ－82型恒溫振蕩器、SHZ－D型循環(huán)水式真空泵、722N型分光光度計(jì)。

1．2 試驗(yàn)所用試劑

氨水、鹽酸、水乙酸、人造沸石、無水乙酸鈉、雙硫腙。

1．3 廢水水質(zhì)

本試驗(yàn)所用的廢水來自黃石電鍍有限公司，選用的是生產(chǎn)車間的廢水，Zn2+的含量很高，其水質(zhì)見表1。

1．4 試驗(yàn)方法

將高濃度的含Zn2+廢水先進(jìn)行化學(xué)沉淀，再將沉淀處理后的廢水用沸石吸附，過濾，取上清液進(jìn)行分析。

1．5 分析方法

用雙硫腙分光光度法測定Zn2+的含量。其測定原理是:在pH為4．0～5．5的乙酸鹽緩沖介質(zhì)中，Zn2+與雙硫腙形成紅色螯合物，該螯合物可被四氯化碳定量萃取，以混色法完成測定。鋅－雙硫腙螯合物的最大吸收波長為535nm。用此方法測定Zn2+的濃度，以吸光度為縱坐標(biāo)，以Zn2+的濃度為橫坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合得曲線方程為y=0．442x+0．0014(式中y是吸光度，x是Zn2+的濃度，單位為mg/L)。

2·結(jié)果與討論

2．1 溶液pH值對化學(xué)沉降處理效果的影響

分別取100mL原水放于9個(gè)250mL燒杯中，依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值分別為7．0、8．0、8．4、9．0、9．5、10．0、10．4、12．5，攪拌均勻，靜置，取上清液分析測定廢水中Zn2+的剩余濃度，將沉淀抽濾測其SS，分析試驗(yàn)結(jié)果。向原水中加入氫氧化鈉溶液，Zn2+將以Zn(OH)2的形式沉降，但是當(dāng)加入過量氫氧化鈉溶液，Zn(OH)2將轉(zhuǎn)化為ZnO2－2再次溶解，而分光光度法無法測出ZnO2－2中的鋅含量，所以應(yīng)該找到Zn(OH)2與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na2ZnO2的臨界pH值。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH值為8．4左右時(shí)，溶液中Zn2+濃度迅速下降，而懸浮固體SS并未減少，說明此時(shí)Zn2+已經(jīng)大部分沉淀，并有反應(yīng)生成Na2ZnO2的趨勢，所以8．4左右即為臨界pH值。加入適當(dāng)氫氧化鈉溶液使原水pH值調(diào)至8．4左右，待沉淀完全，靜止分層，取上層清液為后面吸附處理的試驗(yàn)用水，測定其pH=8．4，含Zn2+濃度為6．6mg/L。用Zn(OH)2的溶度積作對比計(jì)算，理論上，當(dāng)溶液含Zn2+濃度為6．6mg/L時(shí)，溶液的pH值為7．6，與試驗(yàn)結(jié)果略有差別，但相差不大，以試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

2．2 吸附時(shí)間對吸附效果的影響

取六份100mL經(jīng)化學(xué)沉降處理后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，再加入質(zhì)量濃度為0．2g/L的沸石，分別攪拌10、20、30、40、50、60min，靜置，取上層清液分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，隨著吸附時(shí)間的增加，Zn2+的去除率逐漸增大，吸附時(shí)間為50min時(shí)吸附效果最好，Zn2+的去除率達(dá)到83．5%，Zn2+的剩余濃度為1．29mg/L。吸附時(shí)間過短，反應(yīng)不充分，處理效果不佳;吸附時(shí)間過長，出現(xiàn)解吸速率大于吸附的現(xiàn)象。后續(xù)試驗(yàn)吸附時(shí)間為50min。

2．3 吸附劑用量對吸附效果的影響

取六份100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，再分別加入質(zhì)量濃度為0．05、0．1、0．15、0．2、0．25、0．3g/L的沸石，攪拌50min，然后靜置，取上清液分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，隨著沸石用量的增加，Zn2+的去除率逐漸增大，沸石用量為0．25g/L時(shí)吸附效果最好。當(dāng)吸附飽和后吸附效果明顯下降，去除率減小。后續(xù)試驗(yàn)吸附劑用量為0．25g/L。

2．4 pH值對吸附效果的影響

取100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH分別為5．5、6．8、7．5、8．5、9．5、10．5，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，攪拌50min，靜置，取上清液分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，隨著pH的增大，Zn2+的去除率增大，pH為9．5時(shí)吸附效果最好。pH對吸附質(zhì)在溶液中存在的形態(tài)(電離，絡(luò)合)和溶解度均有影響，因而對吸附效果有影響。pH為9．5時(shí)吸附效果最好，在實(shí)際操作中，還需要考慮處理后水的排放標(biāo)準(zhǔn)(pH為6～9)，因此，后續(xù)試驗(yàn)選擇pH為8～9。

2．5 溫度對吸附效果的影響

取100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL的燒杯中，調(diào)節(jié)pH為8．9，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，在溫度分別為15、20、25、30、35、40℃的條件下攪拌50min，然后靜置，取上清液分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，隨著溫度的增加，吸附效果有所下降。吸附反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高會(huì)使反應(yīng)平衡向著吸熱反應(yīng)的方向進(jìn)行。因此，隨著溫度的增加，吸附效果有所下降。實(shí)際操作中一般選擇室溫。

2．6 廢水初始Zn2+濃度對吸附效果的影響

配制初始Zn2+濃度分別為3．81、6．35、9．53、12．7、15．24、19．05mg/L的廢水，各取100mL廢水于6個(gè)250mL燒杯中，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，攪拌50min，取上清液分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，隨著Zn2+濃度的增加，吸附效果有所下降。因?yàn)樵衂n2+濃度很大，而沸石的吸附容量有限，使得出水不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)也說明了高濃度的含鋅廢水不能直接用吸附法處理，而需要先進(jìn)行化學(xué)沉降再進(jìn)行吸附處理。

3·結(jié)論

(1)采用化學(xué)沉降和沸石吸附組合工藝處理高濃度含Zn廢水，避免了化學(xué)沉降法的弊端，同時(shí)利用豐富廉價(jià)的沸石礦物資源作為吸附材料，提高了處理效果，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)沸石對水相中鋅離子具有良好的吸附性能，廢水pH值是影響處理效果最重要的因素，隨著pH逐漸增加，鋅離子的去除率不斷增大。當(dāng)pH為9．5時(shí)鋅離子去除率最高，考慮到出水pH值應(yīng)該在6～9之間，所以將pH值調(diào)至6～9為宜。

(3)溫度對處理效果有一定的影響，考慮運(yùn)行成本，采用室溫即可。

(4)對于100mL經(jīng)化學(xué)沉降處理后的廢水，沸石的最佳吸附時(shí)間為50min，吸附劑的最佳用量為2．5g/100mL。

(5)Zn2+的去除率隨著廢水Zn2+初始質(zhì)量濃度的增加而呈下降趨勢。高濃度的含鋅廢水需要先加入質(zhì)量百分比為10%的氫氧化鈉進(jìn)行化學(xué)沉降，投加量為3．7mL/100mL，處理后的Zn2+的濃度為6．6mg/L。

(6)經(jīng)化學(xué)沉降預(yù)處理后廢水中鋅離子的去除率最高可達(dá)88．8%，剩余濃度為0．47mg/L，遠(yuǎn)低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978－2002)的一級標(biāo)準(zhǔn)。

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