金矿区含重金属酸性废水处理研究 4页

第34卷第8期工业水处理Vo1．34No．82014年8月IndustrialWaterTreatment_ug．'01金矿区含重金属酸性废水处理研究赵述华一，张太平，史伟，陈志良，潘伟斌，黄永芳，龙华杰(1．华南理工大学环境与能源学院，广东广州510006；2．深圳市环境科学研究院，广东深圳518001；3．环境保护部华南环境科学研究所，广东广州510655)[摘要]以某金矿区含重金属酸性废水为研究对象，采用石灰作为中和剂，花生壳、改性花生壳、玉米芯、花生壳+粉煤灰作为吸附剂进行处理，比较分析了其对酸的中和能力以及重金属的去除效果。结果表明，石灰投加量为20s／L时，废水pH提高到6．21；投加石灰对废水中As、Cd、Pb、Zn都有明显的去除效果。4种吸附剂对废水中的重金属也有一定去除效果，其中对Pb和Zn的去除效果最好：不同吸附剂对重金属的去除效果存在差异，花生壳+粉煤灰的效果最好。该金矿区废水经石灰中和处理及花生壳+粉煤灰吸附处理后，废水pH升至6．63，As、Cd、Pb、Zn的去除率分别达到96．5％、44．9％、85．4％、97．2％，可形成一种有效的金矿区含重金属废水的处理方法。[关键词]重金属；酸性废水；石灰；吸附剂【中图分类号]x703[文献标识码]A[文章编号]1005—829X(2014)08—0032StudyonthetreatmentofacidicwastewatercontainingheavymetalSInqoldmlnlngareasZhaoShuhua1,2,ZhangTaiping，ShiWei，ChenZhiliang3,PanWeibin，HuangYongfang，LongHuajie(1．CollegeofEnvironmentandEnergy，SouthChinaUniversityofTechnology，Guo~gzhou510006，China；2．ShenzhenAcademyofEnvironmentalScience，Shenzhen518001，China；3．SouthChinaInstituteofEnvironmentalSciences，MEP，Gnangzhou510655，China)Abstract：Acidicwastewatercontainingheavymetalsingoldminingareashasbeentakenasaresearchobject，usinglimeasneutralizingagent，andpeanutshell，modifiedpeanutshell，corncobandpeanutshell+flyashasadsorbentsfortreatingthewastewater．Theireffectsontheneutralizingcapacityforacidandremovingeffectsonheavymetalshavebeencomparedandanalyzed．Theresultsindicatethatwhenthelimedosageis20g／L，thewastewaterpHcanbeincreasedto6．21．AddinglimehassignificanteffectsontheremovalofAs，Cd，Pb，andZnfromwastewater．Fourkindsofadsorbentshavecertaineffectsontheremovalofheavymetalsfromwastewater，amongwhichtheremovingeffectsonPbandZnarethehighest．Differentadsorbentshavedifferentremovingeffectsontheremovalofheavymetals，amongwhichpeanutshell+flyashhasthebestremovingeffects．Afterthewastewateringoldminingareashasbeentreatedbyneutralizationtreatmentwithlimeandadsorptiontreatmentwithpeanutshell+flyash，thepHofwastewaterincreasesto6．63，andtheremovingratesofAs，Cd，Pb，andZnreach96．5％，44．9％，85．4％，97．2％，respectively．Asaresult，akindofeficienttreatmentmethodforremovingheavymetalsfromwastewateringoldminingareashasbeenobtained．KeyWOrds：heavymetal；acidicwastewater；lime；adsorbent矿山酸性废水pH低且含有大量重金属，若未理成本低，但效果较差、沉渣量大；硫化物沉淀法效经处理排人江河湖泊会导致水质酸化．降低水体的果好，但处理流程长，价格昂贵；离子交换法适于处自净功能⋯。目前处理矿山酸性废水的方法主要有理污染物浓度低、水量小、出水要求高的废水，故适中和法、硫化物沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离合作为深度处理方法；膜分离法还处于起步阶段，且法、人工湿地法和微生物法等。中和法工艺简单、处投资较大：人工湿地法在一些发达国家被广泛用来[基金项目]亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金项目(2010KB22)；国家环保公益项目“地下水污染源强评价、分类与防控技术研究(201309003)”；国家环保公益专项“农村人居环境综合整治关键技术集成与配套政策研究”(201109024)_32—n工业水处理2014—08，34(8)赵述华，等：金矿区含重金属酸性废水处理研究处理矿山酸性外排水，该法投资少，运行费用低，但在充分调研和参考前人研究的基础上．以石灰作为中占地面积大，受环境因素影响明显，酸度较高时处理和剂，花生壳、改性花生壳、玉米芯、粉煤灰+花生壳作废水有一定的局限性：生物法的研究多处在实验室为吸附剂，对模拟含重金属酸性废水进行处理试验阶段，尚未大规模普及[2]。而吸附法因吸附剂对水量选用的中和剂和吸附剂来源较广泛．价格低廉．用于及水质变化有较强的抗冲击能力．且吸附后可以再处理含重金属酸性废水具有一定的应用价值生，不易造成二次污染，来源广泛，有较好的经济性。1材料与方法近年来，利用吸附剂处理重金属废水成为研究热点．1．1试验材料其中又以一些新型价廉的环境矿物吸附材料和农林废弃物的研发应用成为目前研究的重点[3]国内外试验所用水样采自广东省清远市某金矿区排一些研究表明，粉煤灰、膨润土、花生壳、木材锯屑、水，石灰从市场购买，粉煤灰取自广州某燃煤电厂，花生壳、玉米芯从某农贸市场购买。将花生壳、玉米椰壳粉等对重金属离子具有较好的吸附效果．但仍然存在一些问题，如如何提高粉煤灰、膨润土的吸附芯洗净、烘干，用粉碎机粉碎过2mm筛．用密封袋保存备用。粉煤灰和石灰的理化性质见表1容量、灰水分离和处理等[4]笔者以广东省清远市某金矿区废水为研究对象．表1粉煤灰和石灰理化性质1．2改性花生壳的制备后过滤，收集滤液，测定pH和重金属含量。花生壳的改性方法有酸改性法、碱改性法、有机表2不同吸附剂的投加■化合物改性法等．目的是增加其表面的阴离子基团[2】。目前应用最多的是酸改性法。改性花生壳的制备步骤如下：称取50g过2mm筛并经水洗的花生壳．置于2．5L大烧杯中．加人500mL1mol／L磷酸所有试验均设置空白对照和重复试验．废水中溶液，搅拌1h，离心去除液体部分。在50℃下烘干，的重金属采用HNO一HCIO消解，等离子光谱仪然后升温至180oC加热1．5h经上述处理后的花生(ICP—OES，OPTIMA5300DV)测定消解液中重金属壳用75℃去离子水清洗去除游离的磷酸．然后在含量。所得数据均为各重复试验的平均值．原始数据5Occ下烘干备用[3-的整理由Excel软件完成，采用Origin8．0软件作图。1．3试验方法(1)石灰中和。采取3组不同梯度投加量的石灰2结果与讨论进行中和，投加量分别为l0、20、30g／L。取500mL2．1废水水质分析废水置于1000mL锥形瓶．按设置的不同投加量把对采集的矿区水样进行分析，结果见表3。石灰投加到尼龙袋．然后放入废水中，在恒温振荡机表3废水水质检测结果上振荡1h后过滤．收集滤液．测定pH和重金属含堡旦璺塾量。分析石灰投加量对废水pH和各类重金属去除试验水样2．321．621．94447．502．5580．1070．36319．704率的影响6～961．025o0．050．0050．051．0(2)吸附剂吸附。参考前人研究成果，当生物质注：除pH外，其余项目单位均为mg／L；地表水Ⅲ类标准为GB3838～2o02。吸附剂的用量为10～20g／t,时对重金属有较好的去除效果[2。基于此，对吸附剂的投加量进行设计，由表3可知，该水样呈强酸性，总氮、5042-As、见表2。取上一步石灰中和后的水样200mL置于Cd、Pb、Zn均不同程度地超过地表水Ⅲ类标准要求500mL锥形瓶中．按表2的投加量将吸附剂置于尼(GB3838-2002)。可见该水样属于典型的重金属龙袋中。然后放入废水中．在恒温振荡机上振荡1h污染矿山酸性废水一33—n试验研究工业水处理2014—08，34(8)2-2石灰投加量对pH的影响及对重金属的去除效果和改性花生壳对废水pH的影响较小．而玉米芯和石灰投加量对废水pH的影响及对重金属的去花生壳混合粉煤灰对废水pH有一定影响，当花生除效果如图1所示。从图1可以看出．投加石灰后壳与粉煤灰按质量比2：1投加后，废水pH升高到水样pH显著上升，当石灰投加量为20L时，oH6．63，说明粉煤灰能一定程度地提高废水pH。这可升高到6．21。已达到地表水Ⅲ类标准规定的pH(6能是因为粉煤灰中还含有CaO和其他少量碱金属9)，说明石灰能较好地中和酸性废水。氧化物及碱土金属氧化物．会使溶液呈碱性．从而提投加石灰中和处理后，各组处理废水中As、Cd、高废水pHc高伟等[8]认为pH对吸附剂吸附重金Pb、Zn含量如表4所示。从图1、表4可以看出，石属有较强影响．当pH较低时大量的H+会占据金属灰对As、Cd、Pb、Zn都有一定的去除效果，其中对离子的吸附位置．导致吸附剂对重金属离子的吸附As和Zn的去除效果最好．从去除率看As>Zn>Pb>能力较低．pH过高时金属离子又易生成氢氧化物沉Cd。当石灰投加量为20g，L时，对As、Zn的去除率淀。也不利于吸附的进行分别达到89．7％、88．5％，对Cd、Pb的去除率分别为10oLnD11荔_——。一16．8％、31．4％。这可能是由于石灰与重金属离子形80_。成了氢氧化物沉淀．减少了废水中的重金属含量[5]石灰投加量的增加对重金属离子去除率的提高并不：_明显。这可能是因为石灰投加量增加使废水达到饱．}和状态。生成较多的重金属氢氧化物——矾花．使得lO2030中和渣体积增大．沉降速度降低[6]，同时石灰有可能石灰投加量／(g·L’)吸附剂用量／·L)被沉淀包裹．降低了去除效果由于废水中重金属图l石灰投加量对废水pH图2吸附剂对废水含量比较高．经石灰中和处理后出水水质仍然达不和重金属去除效果的影响pH的影响到地表水Ⅲ类标准．因此需进一步处理2．4吸附剂对重金属的去除效果表4石灰中和处理后废水的重金属质量浓度采用不同吸附剂对20v4L石灰处理后的水样石灰投加量／As／Cd，Pb，Zn，进行吸附．处理完成后废水中重金属含量和去除率(g‘L-)(mg’L-’)(nag·L-‘)(mg·L-)(mg·L-)O2．5580．1070．36319．704如表5所示。从表5可以看出．4种吸附剂对重金属l00．2870．0960．2512．711都有一定的去除效果．其中对Pb和Zn的去除效果200．2620．0890．2492．2643O0．2430．0770．2442．261最好，投加一定量的吸附剂能使Pb、Zn的含量低于地表水Ⅲ类标准要求值。当吸附剂投加量为20L2．3吸附剂对pH的影响时。不同吸附剂对As、Cd的去除效果为花生壳+粉按照表2的投加量．采用不同吸附剂对20g／L煤灰>改性花生壳>花生壳>玉米芯：对Pb的去除效石灰处理后的水样进行吸附，吸附完成后废水pH果为花生壳+粉煤灰>玉米芯>改性花生壳>花生壳：的变化情况如图2所示。从图2可以看出。花生壳表5吸附剂对废水中重金属的去除效果_34—n工业水处理2014—08，34(8)赵述华，等：金矿区含重金属酸性废水处理研究对Zn的去除效果为花生壳+粉煤灰>花生壳>改性2002)要求，As最高超标倍数达到5O．2倍。(2)采用花生壳>玉米芯。由此可见。花生壳+粉煤灰对重金石灰中和处理后，废水pH显著升高，同时石灰对属的去除效果最好，改性花生壳对As、Cd、Pb的去As、Cd、Pb、Zn都有一定的去除效果。(3)当投加量为除效果比花生壳好这可能是因为花生壳中含有儿20g／L时。不同吸附剂对As、Cd、Zn的去除效果为花茶酚、焦性没食子酸和间苯三酚等多元酚以及大量生壳+粉煤灰>改性花生壳>花生壳>玉米芯：对Pb的的纤维素类物质。对重金属具有较强的吸附能力[9]。去除效果为花生壳+粉煤灰>玉米芯>改性花生壳>相关研究也证实花生壳等对重金属有较好的吸附能花生壳可见花生壳+粉煤灰对重金属的去除效果力[10]。在本试验条件下，投加一定量的吸附剂对As、最好．花生壳经改性能一定程度地提高对重金属的Pb、Zn的去除率可达到60％以上。吸附。(4)矿区废水经石灰中和处理后，再用花生农林废弃物如花生壳、玉米芯、秸秆等表面粗壳+粉煤灰吸附，废水pH升高至6．63，重金属As、糙、内部多孔，含有羟基、酚羟基、羧基、氨基等基团。Cd、Pb、Zn的去除率达到96．5％、44．9％、85．4％、有利于对重金属的吸附；废弃物中的H+、Ca2+、Mg2+97．2％。粉煤灰、花生壳为工农业废弃物，来源较广等有利于与污染物离子发生离子交换．且农林废弃泛，价格低廉，具有良好的经济效益和环境效益。物中含有高活性的化学基团．对其进行改性和化学参考文献修饰可提高官能团的数量或增加新的官能团[2]。章[1]赵玲，王荣锌，李官，等．矿山酸性废水处理及源头控制技术展明奎等[3]研究发现非活体生物质对重金属都有较高望[J]．金属矿山，2009<7)：131—135．吸附能力．5种生物质吸附重金属的能力依次为：花[2]闫旭．改性花生壳与粉煤灰对含Cr(VI)废水的吸附试验研究[D]．生壳>松树树皮>玉米芯>水稻谷壳>茶叶。用碱、柠沈阳：沈阳建筑大学。201I．檬酸和磷酸对生物质进行改性可显著增强其对重金[3]章明奎，方刺平．利用非活体生物质去除废水中重金属的研究[J]．生态环境，2006，15(5)：897—900．属的去除能力[1lJ．通过化学改性不仅可在农林废弃[4]马前，张小龙．国内外重金属废水处理新技术的研究进展[J】．环物中引入羧基，还可将巯基、磷酸根、硫酸根、胺基等境工程学报，2007，1(7)：10—14．其他吸附金属能力强的活性基团引入农林废弃物[5]杨树亮．矿山酸性废水处理中的pH控制方法[J]．有色金属：选中．从而提高其对重金属的吸附能力[12)，笔者的研究矿部分。2013(1)：56—58．结果也证实了这一点[6]刘志刚．石灰中和法处理含重金属离子酸性废水[J]．江西冶金，2003，23(6)：109—110．花生壳混合粉煤灰能显著提高对重金属的去除[7]许佩瑶，吴世军．粉煤灰处理含重金属废水的研究进展[J]．煤炭率，可能是因为粉煤灰表面积大，同时含有大量Al、工程。2010(2)：95—97．si等氧化物及少量Fe、Ca等氧化物，具有活性基[8]高伟，何少华，凤迎春．膨润土在重金属废水处理中的应用[J]．团．因而具有很好的吸附性能[13]。花生壳和粉煤灰各矿业工程，2005，3(3)：52—54．自都有一定吸附能力．混合投加后吸附性能得到一[9]祝春水，魏涛，陈文宾，等．花生壳吸C的动力学和热力学研究[J]．环境污染与防治，2008。30(8)：14—18．定程度的改善．因此可增强其对重金属的去除效果。[1O]谷亚昕．花生壳粉吸附模拟废水中C·Pb“的研究[J]．安徽农试验结果表明．废水经石灰中和处理后，再用花生业科学，2008，36(36)：16126—16128．壳+粉煤灰吸附，对As、Cd、Pb、Zn的去除率分别达[11]张庆芳，杨国栋，孔秀琴，等．改性花生壳吸附水中C的研究[J]．到96．5％、44．9％、85．4％、97．2％，当投加量适宜时，化学与生物工程，2008，25(2)：29—31．能使废水中的Pb、Zn等达到地表水Ⅲ类标准限值，[12]刘传富，张爱萍，孙润仓，等．农林废弃物用作重金属离子吸附剂的研究进展[J】．林产工业，2007，34(5)：6-9．且材料来源比较广泛．价格低廉，以废治废。具有良[13]陈泉水．粉煤灰处理含重金属废水试验研究[J]．化工矿物与加好的环境效益工。2001(6)：ll一13．3结论[作者简介]赵述华(1987一)，硕士。E-mail：zhaoshuhua822@l63(1)该矿区废水呈强酸性，重金属As、Cd、Pb、Zn。。通讯联系人：史伟，E．ail：Sww@。。t．d。均不同程度地超过地表水Ⅲ类标准(GB3838一[收稿日期]2014—07一o9(修改稿)一35—