集剂XL9对含铜电镀废水处理效果的研究 5页

万方数据第3卷第10期环境工程学报V01．3，N。．101竺旦!至坚∑垦—————————!!!堡塑』竺坚翌璺!竺!垦望!生竺翌竺竺翌!璺!垦里墨i翌旦!至翌g竺!!：!!旦!重金属捕集剂XL9对含铜电镀废水处理效果的研究修莎周勤黄志勇(华南理工大学环境科学与工程学院，广州510006)摘要研究了含有二硫代氨基甲酸盐的重金属捕集剂XL9对2种不同浓度的含铜电镀废水处理的影响因素和效果。研究结果表明，处理pH为2．05、含铜584．79nqIevl．的废水，可无需调节pH直接投加10mL捕集剂，搅拌反应3min，静置后其上清液中所含铜离子为0．24mevL，去除率达到99．96％，完全达到国家排放标准(GB8978—1996)。在pH3～10范围内，投加0．20mL捕集剂，对含铜4．16meVE的废水的去除率可达到94．95％以上，其出水浓度小于O．5meVE，达到国家排放标准。关键词重金属捕集剂铜离子电镀废水去除中图分类号x703文献标识码A文章编号1673-9108(2009)10—1812-04StudyontreatmentofelectroplatingwastewatercontainingCu(H)withheavymetalcapturingagentXL9XiuShaZhouQinHuangZhiyong(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)AbstractInthisstudy，heavymetalcapturingagentXL9containingdithiocarbamatewerepreparedfortheremovalofheavymetalionsCu(II)fromelectroplatingwastewaterwithdifferentconcentrations．TheresultsshowthattheresidualdosageofCu(H)was0．24mg／Lbydirectlyadded10mLXL9intowastewatercontai-ningCu(II)584．79mg／LwithoutadjustingpHvalue(pH2．05)andslowerstirringfor3minutes．Theremov-alrateofCu(II)fromwastewatercanbeachieved99．96％SOastomeetthenationalemissionstandards(GB8978-1996)．WhentherangeofpHvaluewas3—10，theremovalrateofCu(H)fromwastewatercontai-ningCu(II)4．16mg／Lwasmorethan94．95％treatedbyadded0．20mLXL9．TheresidualdosageofCu(1I)isles8than0．511q【s／L．Italsocanachievethenationalemissionstandards．Keywordsheavymetalcapturingagent；copperion；electroplatingwastewater；removal电镀是利用电化学的方法对金属和非金属表面进行装饰、防护及获取某些新性能的一种工艺过程⋯。由于镀件功能要求不同，其工艺条件也不同，因此电镀废水的污染物很复杂，主要含有铜、镍、铅、铬等金属离子，还有一些络合剂如EDTA、柠檬酸、NH，等。随着环保要求的不断提高，传统的化学方法因对pH的要求较严格，易受络合物的影响等，已较难满足日益严格的废水排放要求¨。。而重金属捕集剂因具有操作简单、处理成本低、效果稳定等优点，在重金属废水治理中的前景日趋广阔p“。。本实验在以前研究的基础上邛。，合成了一种含有二硫代羧基的新型重金属捕集剂XL9。以含铜的2种电镀废水作为研究对象，重点研究XL9的投加量、pH值及反应时间对不同浓度的含铜电镀废水去除的影响，取得了较好的处理效果。1重金属捕集剂XL9的合成与表征1．1XL9的合成一定比例的2种低分子量的多胺类物质与0．6tool的环氧氯丙烷搅拌反应。然后升温到85—95℃，加入O．7mol氢氧化钠，得到粘稠透明的淡黄色中间产物。在不高于30℃下，先后加入摩尔比为1：l的氢氧化钠和二硫化碳进一步反应，得到桔红色液体状的重金属捕集剂XL9，密度为1．172g／mL。收稿日期：2008一tO一27；修订日期：2008一ll一28作者简介：修莎(1985一)，女，硕士研究生，主要研究方向为水污染处理与控制研究。E—mail：xiusha06@163．cornn万方数据第10期修莎等：重金属捕集剂XL9对含铜电镀废水处理效果的研究18131．2XL9的表征XL9经真空泵抽滤，再经丙酮脱水，真空干燥，制得黄色固体产物。在500～4000cm一范围内，对粉末状的XL9进行了红外光谱(KBr压片)测定，扫描结果见图1。母一．5i}掣蛔图1XL9的红外光谱图Fig．1lnfra—redspectrogramofXL9由图1可知，在波数3385cm。处有宽峰，是一NH的伸缩振动吸收，2830～2943cm。的峰为亚甲基伸缩振动吸收，l463cm“出现的N—c—S的特征吸收峰，C—S的振动吸收峰在1195cm一。这说明XL9中含有二硫代氨基甲酸类物质。二硫代氨基甲酸盐能捕捉阳离子并趋向成键，与二价的重金属离子M“(如cu“、Ni“等)形成稳定的交联网状的重金属离子螯合物沉淀。2实验部分2．1实验材料重金属捕集剂XL9自制。实验用水取自广东省某综合性电镀厂综合废水，酸铜废水pH=2．05，总[Cu2+]=584．79mg／L，呈淡蓝色；碱铜废水pH=7．57，总[cu“]=4．16mg／L。2．2实验仪器ZR4-6六联混凝试验搅拌器(深圳市中润水工业技术发展有限公司)；752型紫外光栅分光光度计(山东高密彩虹分析仪器有限公司)；pHS-3C精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)。2．3实验方法取实验用电镀废水水样1L，设定六联搅拌器的搅拌程序。快搅300r／min，加入一定量的重金属捕集剂XL9；调整转速至60r／min或40r／rain反应；搅拌结束后，静沉15min。用移液管取距上液面2cnl处的清液，室温下测定Cu(Ⅱ)的含量。Cu(Ⅱ)的含量测定采用中华人民共和国GB7474．87⋯。3结果和讨论3．1XL9对酸铜废水的去除3．1．1XL9投加量对Cu(Ⅱ)去除率的影响在含酸铜的电镀废水中分别直接加入不同剂量的XL9，调整转速为300r／min，10S；40r／min，3min进行絮凝试验，实验结果如图2所示。实验过程中发现，快搅加入捕集剂，溶液颜色立刻变为深棕色，并伴有大量的棕褐色絮体沉淀产生。随着捕集剂的投加量增大，产生的絮体也明显增多。由图2可知，XL9对铜离子的去除率随着投加量的增加而增加。投加量达到10mL时，铜离子的去除率达到99．96％，剩余铜离子含量为0．24mg／L，达到小于0．5mg／L的国家排放标准(GB8978．1996)。此时，继续增大投加量到12mL，去除率达到最大为99．99％；增大到14mL时，去除率基本不变，为99．95％。因此，处理1L该种酸铜废水，捕集剂的加入量以10mL为宜。意邑刨拦攘熊霹图2重金属捕集剂投加量对铜离子去除率的影响Fig．2EffectofheavymetalcapturingagentdosageOilcopperionsremovalrate3．1．2pH值对Cu(Ⅱ)去除率的影响调节原水的pH分别为2、3、4、5、6和7，然后投加10mL捕集剂XL9进行混凝实验。实验结果如图3所示，在各个pH值条件下，铜离子去除率相差不大，去除率均可达到99．86％以上。相同的加药量下，pH值越小，剩余铜离子含量反而越少。因此，在处理原酸铜废水(pH=2．05)的实际应用中，可直接投加重捕剂进行处理。既可省去投药前调节pHn万方数据1814环境工程学报第3卷的步骤，使操作简单化，也可节省投药成本。毫E世爱叱艇晤镁熏图3pH值对铜离子去除率的影响Fig．3EffectofpHvalueoncopperionsremovalrate3．1．3反应时间对Cu(Ⅱ)去除率的影响在原酸铜废水中投加10mL捕集剂XL9，调节慢搅反应时间为1、3、5、10和15min进行混凝实验。实验结果如图4所示，在较短的反应时间内，XL9对铜离子有较好的去除效果。反应时间的延长对去除效果有一定的影响。随着反应时间越长，去除率越高，剩余铜离子浓度越小。反应时间不小于3min时，剩余铜离子含量均小于0．5mg／L，达到的国家排放标准(GB8978-1996)。图4反应时间对铜离子去除率的影响Fig．4Effectofstringtimeoncopperremovalrate3．2XL9对碱铜废水的去除3．2．1XL9投加量对Cu(Ⅱ)去除率的影响在含碱铜的电镀废水中分别直接加入不同剂量的XL9，调整转速为300r／min，30s；60r／min，60min进行絮凝试验，实验结果如图5所示。实验过程中发现，加入捕集剂后，原水溶液变为棕黄色，搅拌过程中，颜色加深。经反应一段时间后，溶液变混浊，有细小的絮体颗粒出现；继续慢搅，絮体颗粒明显长大，溶液颜色渐渐褪去，水质越来越澄清。如图5可知，随着XL9投加量的增多，去除率也相应地增大。投加量达到0．16mL时，剩余铜离子浓度为0．19mg／L，去除率为95．43％，出水达到国家排放标准(GB8978．1996)。增大投加量到0．18mL，去除率达到最大值为98．94％。继续增大至0．20mL，去除率基本不变。术哥畿稍图5重金属捕集剂投加量对铜离子去除率的影响Fig．5Effectofheavymetalcapturingagentdosageoncopperionsremovalrate3．2．2pH值对Cu(Ⅱ)去除率的影响调节原水的pH至3～10，XL9投加量为0．20mL进行絮凝反应。实验结果如图6所示，在不同的pH条件下，对原水都有较好的去除效果，剩余铜离子含量均小于0．5mg／L。碱性条件下去除率略小于酸性条件下的去除率。在pH为6时，去除效率最高，可达到97．84％。因此，处理该种碱铜电镀废水，重金属捕集剂XL9对pH具有较广的适应性，可以弥补中和沉淀法需调节pH的不足，节省费用。图6pH值对铜离子去除率的影响Fig．6EffectofpHvalueoncopperionsremovalrate一，l瓷邑毯艇十艇骣娟熏n万方数据第10期修莎等：重金属捕集剂XL9对含铜电镀废水处理效果的研究18153．2．3反应时间对Cu(II)去除率的影响取pH的最好效果pH=6，在原水中投加0．20mL捕集剂XL9，改变慢搅的反应时间进行絮凝实验，实验结果如图7所示。实验过程中发现，加入XL9后约6rain，开始出现细小的絮体颗粒。随着反应时间的延长，絮体颗粒长大明显，形成交联网状的重金属离子螯合物沉淀。在15～50min的反应时间内，铜离子去除率随着时间的延长而增大，剩余铜离子浓度均小于0．5mg／L，可达到国家排放标准。曝爵篮啪香西拦羹篓搅拌时f日l(min)图7反应时问对铜离子去除率的影响Fig．7Effectofstringtimeoncopperremovalrate4结论重金属捕集剂XL9去除2种电镀废水中Cu(Ⅱ)的去除实验结果表明，XL9对pH具有较宽的适应性，处理2种电镀废水均有较好的去除效果。处理的最佳反应条件为：无需调节pH，直接投加10mL捕集剂，搅拌反应3min，高浓度酸铜废水cu(II)去除率可达到99．96％，剩余铜离子含量为0．24mg／L；pH=6的条件下，投药量为0．20mL，搅拌反应时间15min，低浓度碱铜废水cu(Ⅱ)去除率为94．95％，剩余铜含量为0．21mg／L，出水均可达到国家排放标准。参考文献[1]林君明．化学一离子交换法处理镍锡铅电镀混合废水．黑龙江环境通报，2004，28(3)：35—37[2]徐颖，张方，重金属捕集剂处理废水的试验研究．河海大学学报，2005，33(2)：153～156[3]李倩倩，李义久，相波．高分子了螯合剂在重金属废水处理中的应用．工业水处理，2004，24(7)：5～8[4]相波，刘亚菲，李义久，等．DTC类重金属捕集剂研究的迸展．电镀与环保，2003，23(6)：l一4[5]郑怀礼，高朝勇，阳春，等．有机高分子重金属捕集絮凝剂CU3对Cu(II)和Pb(Ⅱ)的去除研究．环境工程学报，2008，2(3)：304—308[6]RidvanSay，EbruBiflik，AdilDenizil，eta1．Removalofheavymetalionsbydithiocarbamate—anchoredpolymer／or—ganosmectitecomposites．AppliedClayScience，2006，31：298～305[7]FenglianFu，HaiyanZeng，QinhongCai，eta1．Effectiveremovalofcoordinatedcopperfromwastewaterusinganewdithiocarbamate-typesupramolecularheavymetalpreeipi-tant．Chemosphere，2007，69：1783—1789[8]周勤，苏彩燕，袁笑一，等．重金属捕集剂WY5处理综合铜、镍废水的研究．工业水处理，2006，26(4)：3l一33[9]国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法(第4版)．北京：中国环境科学出版社．2002n重金属捕集剂XL9对含铜电镀废水处理效果的研究作者：修莎，周勤，黄志勇，XiuSha，ZhouQin，HuangZhiyong作者单位：华南理工大学环境科学与工程学院,广州,510006刊名：环境工程学报英文刊名：CHINESEJOURNALOFENVIRONMENTALENGINEERING年，卷(期)：2009,3(10)参考文献(9条)1.林君明化学璃子交换法处理镍锡铅电镀混合废水2004(03)2.徐颖.张方重金属捕集剂处理废水的试验研究2005(02)3.李倩倩.李义久.相波高分子了螯合剂在重金属废水处理中的应用2004(07)4.相波.刘亚菲.李义久DTC类重金属捕集剂研究的进展2003(06)5.郑怀礼.高朝勇.阳春有机高分子重金属捕集絮凝剂CU3对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的去除研究2008(03)6.RidvanSay.EbruBirlik.AdilDenizilRemovalofheavymetalionsbydithiocarbamate-anchoredpolymer/organosmectitecomposites20067.FenglianFu.HaiyanZeng.QinhongCaiEffectiveremovalofcoordinatedcopperfromwastewaterusinganewdithiocarbamate-typesupramolecularheavymetalprecipitant20078.周勤.苏彩燕.袁笑一重金属捕集剂WY5处理综合铜、镍废水的研究2006(04)9.国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会水和废水监测分析方法2002本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hjwrzljsysb200910018.aspx