高分子螯合剂处理重金属废水的影响因素研究

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第3总第13卷 第3期(92期)

2011年5月

三 峡 环 境 与 生 态

EnvironmentandEcolointheThreeGores     gyg 

()Vol.33 No.3Sum.No.192

Ma.2011y

高分子螯合剂处理重金属废水的影响因素研究

项红珍1,王湖坤2,陈玉成1,

(重庆4湖北黄石41.西南大学资源环境学院,00716;2.湖北师范学院化学与环境工程学院,35400;

)重庆43.重庆市农业资源与环境研究重点实验室,00716

摘 要:采用有机高分子螯合剂与废水中的重金属离子发生螯合反应,生成稳定且不溶于水的金属螯合物来对螯合剂丁基黄药在不同加药量、不同快速搅拌时间、不同慢速搅拌时间、不同反应p去除废水中的重金属离子,H

2+2+2+2+3+

,,,,值条件下对含有C等重金属废水的处理效果进行了试验研究。结果表明,采用有机螯uPbZnCdAs

具有广阔的应用前景。合剂的方法处理含重金属废水的效率很高,高分子螯合剂;重金属;废水处理  关键词:

X703         文献标识码:A    中图分类号: 

()文章编号:16742842201103001503---

ResearchontheFactorsoftheTreatmentofHeavMetalIndustrial         y WastewaterwithMacromoleculechelatinAent  -gg 

1213

,WANG ,XIANG HonzhenHukunCHEN Yuchen---gg

(,,;1.ColleeofResourcesandEnvironmentSouthwestUniversitChonin400716,China     gygqg 

,H,H;2.ColleeofChemicalandEnvironmentalEnineerinubeiNormalUniversituanshi435400,China        gggyg

,)3.ChoninKeLabofAriculturalResourcesandEnvironmentChonin400716,China     gqgyggqg   

:U,Abstractsinmacromoleculechelatinaenttochelatewithseveralkindsofheavmetalionsinwastewater-          gggy   theseheavmetalionswouldberemovedbforminmetalchelatecomoundsfeaturinhihstabilitandlowsolu            -yygpggy     bilitwithwater.Theexerimentalinvestiationwasconductedonthetreatmentofbutlxanthatedifferentindo              -ypgy 

2+2+2+2+

,,,,,,C,Hsaeraidmixintimeslow mixintimereactionofthewastewatercontaininCuPbZnd      pgpggg   3+

,Asetc.Theresultsindicatethatthemethodoftreatinheavmetalindustrialwastewaterwithmacromolecule           -gy  

,chelatinaentishihlefficientandhasabroadofalication.rosect        gggypppp  :;;wKewordsmacromoleculechelatinaentheavmetalsastewatertreatment-  ggyy   

采矿、化工等部门。废  重金属废水来源于电镀、

水中含有的重金属元素可以通过食物链富集进入人从而对人类的健康构成威胁。由于重金属废水体,

的排放量日趋增加,废水的成分更加复杂,而对于废水的排放要求越来越严格,这就使得传统的物理化

]15-

。高分子螯学生物等方法不再能满足处理要求[

]68-

,生成不溶于水的金属络合物而将重金属除应[

9]

。本文拟因此成为污染治理领域研究的热点[去,

2+

,采用丁基黄药作为重金属螯合剂处理含Cu2+2+2+3+

,,,的工业废水,探讨处理重金PbZnCdAs

属废水的工艺条件。

合剂凭借其具有亲水性的螯合形成基,与金属极强的配合能力,可以与水中的重金属离子选择性地反

收稿日期:20110220--

:,基金项目重庆市科技攻关重点项目(湖北省CSTC,2009AB7027)

)高等学校优秀中青年创新团队资助项目(T201007

,作者简介:项红珍(女,湖北黄冈人,硕士研究生,研究方向1987-):为水污染治理,E-mail546711058@q.com。q

,:通讯作者:陈玉成(男,教授,1965-)E-mailchenuchenwu.yg@sedu.cn

1 材料与方法

1.1 试验仪器

ICAP6000电感耦合等离子发射光谱仪(ICP   -

)、AESJJ六联电动搅拌器、AB204-N电子分析天平、HS3C型pH计、SHZ--D循环水式真空泵、p烧杯等。SKFO01电热恒温鼓风干燥箱、-

16

1.2 试验药品

3卷    三 峡 环 境 与 生 态                   3

2+

在用量为1为Zn.0mL时去除率较低,2+

在用量为0为0.63%,Cd.5mL时去除率较低,但随着用量的增加去除率也随之提高。综合2.04%,

,高分子螯合剂:丁基黄药(青岛澳东有限公司)浓度为10%。

其他药剂:NaOH,H2SO4均为分析纯。1.3 试验方法

试验所用废水取自黄石市大冶有色金属冶炼

2+2+

,,厂,其中CH值为3.6的工业废水,uPbp2+2+3+

,,质量浓度分别为1ZnCdAs10.7,1.16,

考虑后确定丁基黄药的投加量为2mL。随着螯合剂的用量的增加,重金属离子的去除率也增大,但用量增加到一定程度时,去除率反而会下降或趋于稳定或变化不大,这是由于螯合剂分子上的部分基团与重金属离子发生螯合作用,还有部分基团带有一定量的负电荷,它们之间存在着静电斥力,螯合体之间存在静电斥力,且作用力较强,相对稳定,使絮体无法很好地

]10

。影响了离子的去除效果[絮凝沉淀下来,

/试验所用仪器I4.8,0.49,3.99μmL,CAP6000  g

2+2+2+2+3+

,,,,对C的检测下限分别为uPbZnCdAs////1nmL,1~5nmL,0.5nmL,0.5nmL,1gggg/mL。~5ng

分别取1在不同投加量、快速搅拌00mL水样,慢速搅拌时间、反应p再用时间、H值条件下反应,ICPES法测定反应后水样中重金属离子的含量。-A

慢速搅拌时间对重金属离子处理效果的2.2 快速、

影响

慢速搅拌时间条件下,重金属离子经处  不同快速、

。在2理后残余浓度见表2.1确定的螯合剂投加量条。件下,快速搅拌时间与重金属去除率的关系见图2

表2 不同快速、慢速搅拌时间下处理重金属离子的残余浓度

快搅

/min0.5 1.01.5 2.0 

(·L-1)残余离子质量浓度/mg

3+

As

2+

Zn

2+

Cd

2+

Pb

2+

Cu

2 结果与讨论

2.1 螯合剂投加量对重金属离子处理效果的影响重金属离子经处理后出水  不同投加量条件下,

浓度见表1。

表1 不同投加量下处理重金属离子的出水浓度

用量/mL0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 

(·L-1)剩余离子质量浓度/mg

3+

As

2+

Zn

2+

Cd

2+

Pb

2+

Cu

0.16 ND 0.32 0.20 0.28 0.19 

1.65ND 1.751.531.691.60

ND ND ND ND ND ND 

ND ND ND ND ND ND 

NDNDNDNDNDND

2.5 3.0 慢搅

/min5 10 15 20 25 30 

1.75 1.63 1.69 1.36 1.61 1.51 

4.32 4.77 3.42 1.06 0.31 0.078 

0.48 0.043 0.0190.0150.0230.021

0.84 0.84ND ND ND ND 

41.85NDNDND0.086ND

(·L-1)残余离子质量浓度/mg

3+

As

2+

Zn

2+

Cd

2+

Pb

2+

Cu

1.46 1.48 1.30 1.40 1.35 1.15 

1.301.341.451.381.331.16

ND ND ND ND ND ND 

ND ND ND ND ND ND 

NDNDNDNDNDND

无法检出。ND表示离子浓度低于检测下限,  注:

丁基黄药对Cu,Pb,Cd,As等4种离

子的去除率随用量的增加而增加,在用量为2.0mL

2+

2+

2+

3+

)。以后,图14种离子的去除率呈现下降的趋势(

图1 丁基黄药投加量对重金属去除效果的影响

图2 丁基黄药快速搅拌时间对重金属去除效果的影响

表3 反应pH值对处理效果的影响

H值p2.6 3.6 4.6 5.6 6.67.6

(·L-1)残余离子质量浓度/mg

3+

As

2+

Zn

2+

Cd

2+

Pb

2+2+

,,由表2和图2可知,丁基黄药对CuPb2+

Cd3种离子残余浓度在0.5~3.0min快速搅拌

时间内均低于检测下限,As,Zn2种离子的去

3+

2+

2+

Cu

除率随快速搅拌时间的增加呈现先增加后降低的趋势,但变化不大,在1min时,2种离子的残余浓度也低于检测下限。综合考虑后确定丁基黄药的快速搅拌时间为1min。

在2慢速搅拌时间与重金属.1确定的条件下,去除率的关系见图3。

0.42 0.42 0.16 0.062ND ND 

0.61.340.23ND ND ND 

ND ND ND ND ND ND 

ND ND ND ND ND ND 

NDNDNDNDNDND

高分子螯合剂在水溶液中会离解产生氢离子,其本身带有大量的负电荷,从而与重金属离子发生螯合反应。随着反应p重金属离子H值的增加,

2+

的残余浓度会呈现先增加后降低,再趋于稳定Zn

的趋势,由于在酸性条件下,溶液中氢离子浓度高,

抑制了螯合剂的离解,当p螯H值增大到7左右时,螯合基团的浓度不再合剂几乎完全处于离解状态,

随p重金属离子的去除率趋于H值的升高而增大,

图3 丁基黄药慢速搅拌时间对重金属去除效果的影响

2+2+2+2+3+

,,,,丁基黄药对C等5uPbZnCdAs

稳定,且考虑到国家污水综合排放标准pH值为6

[2]

。因此确定丁基黄药的反应p.61H值为6~9,

种离子的去除率随慢速搅拌时间的增加而变化不大甚至趋于稳定,且由于试验时间的有限,综合考虑后。确定丁基黄药的慢速搅拌时间为10min

快速搅拌是为了螯合剂与重金属离子快速混合均匀,慢速搅拌是为了使小的絮体结合生成大的沉淀,加快其沉降速度。随着搅拌时间的增加,重金属但搅拌时间增加到一定程度离子的去除率也增大,

时,去除率反而会下降,是由于当高分子螯合剂与重金属离子反应生成的絮体在沉淀过程中,由于网捕和卷扫机理,絮体沉淀中包裹一部分重金属离子,而且由于其具有较大的比表面积,也发生表面吸附作用而将溶液中的一部分重金属离子去除。搅拌时间较长时,影响絮凝体的形成,改变絮体的表面积和密进而削弱絮凝沉淀的网捕和卷扫去除重金属离度,

11]

。子的作用,故处理效果有所下降[

3 结 论

丁基黄药在用量2m快速搅拌时间1m慢L,in,速搅拌时间1反应p0min,.6条件下处理H值为6

2+2+2+

,,,重金属工业废水,其中的离子CuPbZn

2+3+

,残余浓度分别低于仪器对它们的检测下CdAs

处理后重金属离子排放浓度均低于废水排放一限,

级标准或允许值。参考文献:

[]]夏璐.重金属废水处理方法与进展[化工技术与开1J. 鲁栋梁,

():发,2008,37123234.-

2+,2+[],,,2IPavlovicM RPérezCBarriaetal.AdsortionofCuCd       gp

2+andPbionsblaereddoublehdroxidesintercalatedwiththe       yyy 

,aentsdiethlenetriamineentaacetateandmeso23dim-chelatin   --ggyp [],,:ercatosuccinateJ.AliedClaScience200943125129. -pppy [],,,3usantandKarinbossartRolandmuelleretal.Extractionof S     y

HeavMetalsfromSoilsUsinBioderadableChelatinA-    yggg   [],J.EnvironSciTechnol2004,38:937944.ents  -g

[]郭 颖,魏沙平.螯合剂与表面活性剂复合去除城市污4 陈玉成,

、[]():泥中C中国环境科学,dCrJ.2003,241100104.-[]张小龙.国内外重金属废水处理新技术的研究进展5 马 前,

[]():环境工程学报,J.2007,171013.-

[]6ianJianuo.Studonthemechanismofolmerchelatina J     -ggypyg   

],entcaturinheavmetallead[J.EnvironmentalScience   gpgy  ():1997,1823133.-

[]王 伟,赵翔龙,等.重金属螯合剂在废水治理中的应7 蒋建国,

]():用研究[环境科学,J.1999,2016566.-

2.3 反应pH值对重金属离子处理效果的影响

2+

,在2反应p.12.2确定的条件下,uH值对C~

Pb,Zn3种离子的残留量几乎无影响,Cd的残留

2+

2+

2+

3+

量随p的残H值的增加而出现增加后趋于稳定,As

)。在p留量随p表3H值的增加而降低后趋于稳定(H值为6.6时,5种离子的残留浓度均低于检测下限。综。合考虑后确定丁基黄药的反应p.6H值为6

(下转第54页)

20%。根据以上条件在Excel环境下应用线性规划求得最优解,最终确定2015年的削减方案见表3,削减前后的基尼系数变化见表4。

表3 2015年SO2总量削减方案

名称渝中区沙坪坝区江北区渝北区南岸区巴南区北碚区九龙坡区大渡口区合计

SO2

削减比例/%

排放量/t148 7527  7494  12785  8541  9241  10132  62144  25404  143416  

2.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 14.00 20.00 

削减后的

排放量/t2.77 75.27 74.94 127.85 85.41 92.41 101.32 8700.83  5080.80  

削减量/t145.237451.73 7419.06 12657.15 8455.59 9148.59 10030.68 53443.17 20323.20 

来看,国土面积-SOSO2的排放情况大致公平;2排,放量的基尼系数超过了“警戒线”属主要调整指标,并且对九龙坡区和大渡口区应进行主要削减。3.2 优化方案的比较

经线性规划法优化后,基尼系数之和最小且都未超过现状值,表明与现状相比,2015年主城各区SO2分配结果更公平。确定的重点削减区九龙坡区

和大渡口区的削减比例分别为1基本符4%和20%,合主城9区目前的大气污染治理水平和削减潜力,表明该SO2分配方案基本合理。3.3 存在的主要问题及建议

应注意的是,本文确定的基尼系数合理范围与经济学上的相比偏大,一方面是把火电行业纳入评价范围之列,另一方面也是由于把经济学上的概念由于其区域的产业结构、布局以及污用在环境领域,

染治理水平及成本等因素的影响,所以两者的评价标准应有所不同。同时,鉴于各区污染治理成本、治理水平等不同,在数据充足完整的情况下也可将其列入线性规划法的约束条件,从而使分配方案更科公平。学、参考文献:

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放总量控制及排放权交易政策实施示范[北京:中国环境M].科学出版社,2004.

[]我国大气污染物总量控制污染负荷分配研究[广4D]. 刘 耀.

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]():数分析[中国环境科学,J.2006,261111115.-[]]():基尼系数计算方法[中国统计,6J.2003458. 叶礼奇.[]]确定基尼系数的参数估计方法[松辽学刊:自然科7J. 高云柱.

():学版,199947071.-

14341.6029074.40  1 

表4 重庆市主城9区各指标削减前后的基尼系数

污染物名称削减前削减后

人口0.50 0.47 

GDP0.50 0.46 

国土面积0.630.60

2.2.2 结果分析

由表3和表4可知,各个指标对应的基尼系数其中国土面积-都有所减少,SO2的基尼系数降低了降到了“警戒线”之下,并且3个指标的基尼系0.03,

数之和最小,表明和现状相比,2015年主城各区SO2分配结果更公平。通过基尼系数法确定的重点削减区九龙坡区和大渡口区的削减比例分别为其削减比例最大,基本符合主城9区14%和20%,

目前的大气污染治理水平和削减潜力,表明该SO2分配方案基本合理。

3 结 语

3.1 现状公平性评估结果

O  采用基尼系数法对重庆市主城9区S2总量分配现状进行评估表明,从社会和经济发展的角度

檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵

(上接第17页)

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/p4v1.html

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