铝加工废水的重金属污染控制技术研究

铝材加工废水的重金属污染控制技术研究

杨林 王维平

（上海轻工业研究所有限公司、上海重金属污染控制与资源化工程技术研究中心，上海，200031）

[摘 要]：本文研究了铝材加工废水的重金属污染控制技术。通过酸化破络—铝镍分级沉淀工艺处理后，排放水中镍<0.1mg/L，总铝<2.0mg/L，达到了《电镀污染物排放标准GB21900-2008》中特别排放限值。该技术首先根据组合应用配位化学原理，在酸性条件下，利用废水中铝离子进行破络反应；其次，根据不溶性化合物溶度积差异原理，将废水中的铝镍进行分级沉淀，即在弱酸性条件下，将铝沉淀去除后，在pH值大于10的条件下，将废水中镍沉淀去除。该技术实现了铝加工废水的重金属达标排放，为企业带来了显著的环境效益。 [关键词]：铝材加工废水 污控技术 资源化

Pollution Control Technology

for Heavy Metal in Wastewater in Aluminum Processing

Yang Lin Wang Weiping

(1Shanghai Light Research Institute, Shanghai 200031, China

2Shanghai Engineering Research Center for Heavy Metal Pollution Control and Reuse, Shanghai 200031, China )

Abstract： In this paper, pollution control technology for heavy metal in wastewater in aluminum processing has been researched. After disposal by acidification breaking collaterals- fractional precipitation process，the discharged water contained <0.1mg/L Ni2+and<2.0mg/L Al3+，which was up to 《Emission standard of （GB21900-2008）. Firstly， according to the principle of application chemical pollutants for electroplating》

combination coordination，in acidic condition， Al3+ was used in breaking the complex. Secondly， according to the principle of different solubility of insoluble compound， Al3+-Ni2+ was separated . Al3+ was removed by chemical precipitation in weak acidic condition，after which，Ni2+ was removed by chemical precipitation in pH>10 condition. Through this technology, the discharged water met the discharge standard ，which brought significant environmental benefits for the enterprise.

Key words：wastewater in aluminum processing;pollution control;heavy metal

引言

在铝材加工过程所产生的废水中，含有大量的金属污染物，如铝、镍等。其中，镍是国家严格控制的第一类污染物，对人体和环境有较大的危害。镍沉积于土壤中，能阻滞植物生长发育，导致植物生长不良，随食物链进入人体，可引起口腔炎、牙龈炎和急性胃肠炎，并对心肌和肝脏有损害。镍通过呼吸道进入，可引起气管炎、肺炎。人体长期接触，会破坏皮肤粘膜，并引起皮炎[1]。

项目资助：上海重金属污染控制与资源化工程技术研究中心（11DZ2282600）

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经过调研，镍、铝超标已经成为铝材加工行业最大的环境难题，不少企业因此而受环保部门的处罚，甚至面临停产整顿的威胁。铝材加工生产中常用一些添加剂，如柠檬酸、抗坏血酸、酒石酸、草酸、氟化物等。这些添加剂同金属离子形成稳定的络合物，特别是镍离子，致使镍离子难以通过沉淀或离子交换处理达到更为严格的排放标准[2

、3]

。目前尚没有有效的铝材加工废水重金属污染控制技术手段。

本文针对铝材加工废水处理的难点，结合组合应用配位化学原理和不溶性化合物溶度积差异原理，提出了酸化破络-分级沉淀的工艺路线，为铝材加工废水的处理提供行之有效的技术手段。

1 实验研究

1.1 实验设备与材料

本实验所用原水均取自某铝材加工企业实际生产废水，其水质如表1所示。

表1 废水水质情况

项目 范围 pH值 3~5 Ni2+ 30~50mg/L 总铝 20~70 mg/L 实验药剂：98%硫酸（H2SO4），氢氧化钠（NaOH分析纯），硫酸亚铁（FeSO4.7H2O分析纯），硫酸铝（Al2（SO4）3分析纯），硫化钠（Na2S分析纯）。

实验仪器：原子吸收分光光度计，pH计。 1.2 实验方法 1.2.1 酸化破络实验

针对铝材加工废水的处理，由于废水中络合物的存在，导致废水中镍离子难以通过化学沉淀处理达到《电镀污染物排放标准 GB21900-2008》中更为严格的表3标准（简称表3标准）。欲使用化学沉淀使废水达到更为严格的排放标准，则需要将废水中络合态的镍转化为游离态的镍离子，即破络处理。本文根据组合应用配位化学原理，提出酸化破络技术路线，并加以试验验证，具体试验过程如下：

首先将铝材加工废水进行酸化处理，控制至合适的pH值，同时加入一定量的破络剂，以置换络合态的重金属污染物，反应一定时间后，调节pH值至10.0，进行化学沉淀，测定上清液中镍离子浓度，以此评价破络效果。 1.2.2 铝镍分级沉淀实验

由于镍和铝形成的不溶性化合物具有不同的溶度积，考察利用分级化学沉淀处理酸化破络后的铝材

加工废水[5]特性，具体过程如下：使用氢氧化钠将酸化破络后的废水调节至不同的pH值，考察铝和镍的沉淀去除情况。

2 实验结果与讨论

2.1 酸化破络试验结果与讨论

2

2.1.1破络剂的选择

首先选用目前常用的破络剂FeSO4.7H2O进行酸化破络实验。

其次，通过资料检索，铝材加工过程中常用的添加剂有柠檬酸、抗坏血酸、酒石酸、草酸、氟化物等。这些添加剂同铝离子所形成的络合物的强度要高于镍离子络合物[4]，见表2。因此利用铝离子，置换络合状态的镍离子是可行的。遂将铝离子作为第二种破络剂进行试验。

表2 铝镍络合物强度比较

配体 F- 金属离子 Al3+ Ni2+ Al3+ Ni2+ Al3+ Ni2+ 配合物 AlL NiL AlL NiL AlL2 NiL lgB稳定常数 6.16 0.7 20 14.3 13 4.1 柠檬酸 草酸 2.1.2破络反应的pH值条件

柠檬酸是比较有代表性的络合物。柠檬酸与镍在偏碱性的条件下发生较强的络合反应，形成非阳离子态的络合物，因而不能通过化学沉淀得到去除。图1是柠檬酸在不同pH值条件下的型态分布图。

图1 不同pH值条件下柠檬酸的型态分布图

从图1可以看出，pH值达到7以上时柠檬酸根离子占绝对优势，pH值在6左右时柠檬酸根和柠檬酸氢根相当，而当pH值低于3时溶液中柠檬酸和柠檬酸二氢根是主要存在形式。所以一般选择在pH值为2.0~3.0的酸性条件下，镍离子较难被络合。同时，铝材加工企业产生的废水，大多呈酸性。因此，为了保证破络的效果，酸化破络的pH值建议控制在2.0~3.0。 2.1.3 破络剂的投加量影响实验 （1）硫酸亚铁投加量影响实验

分别取1L实际铝材加工生产废水（初始Ni2+=39.4mg/L），将pH值均调至3.0左右，同时分别加入0.2g、0.3g、0.5g、1.0g的FeSO4.7H2O，均反应1h后，将pH值调至10.0进行化学沉淀，测定上清液中镍离子浓度。实验结果见图2。

3

0.350.30.25Ni2+(mg/L)0.20.150.10.0500.20.3FeSO4.7H2O投加量(g/L) 图2 不同FeSOHO投加量影响实验

.42

0.51 由图2可知，在进行酸化破络时，破络剂FeSO4.7H2O的投加量影响较大。若破络剂FeSO4.7H2O投加量不足，铝材加工废水经处理后无法达到表3标准。在FeSO4.7H2O投加量为0.3g/L（Fe2+浓度为60mg/L）时，出水中的镍离子浓度（Ni2+=0.088mg/L）达到表3标准，此时Fe2+与Ni2+的质量浓度比约为1.5：1。 （2）硫酸铝投加量影响实验

分别取1L实际铝材加工生产废水（Ni2+=42.1mg/L），将pH值均调至3.0左右，同时分别加入0.3g、0.5g、0.7g、1.0g的Al2（SO4）3，均反应1h后，将pH值调至10.0进行化学沉淀，测定上清液中镍离子浓度。实验结果见图3。

0.50.450.40.35Ni2+(mg/L)0.30.250.20.150.10.0500.30.50.71FeSO4.7H2O投加量(g/L)图3 不同Al2（SO4）3投加量影响实验

由图3可知，在Al2（SO4）3投加量为0.7g/L（Al3+浓度约为100mg/L）时，出水中的镍离子（Ni2+=0.092mg/L）达到表3标准，此时Al3+与Ni2+的质量浓度比约为2.0:1。

从上述两组实验可知，Fe2+与Al3+均可作为铝材加工行业废水处理的破络剂，Fe2+的相对用量较少，

4

但铝材加工废水中往往均含有一定量的Al3+，将Al3+作为破络剂，并不会引入新的污染物质。因此，Al3+是最适合用于铝材加工企业废水处理的破络剂。 2.1.4酸化破络的反应时间影响实验

分别取1L实际铝材加工生产废水（Ni2+=43.3mg/L），将pH值均调至3.0左右，同时分别加入1.0g的Al2（SO4）3，分别反应30min、60min、90min后，将pH值调至10.0进行化学沉淀，测定上清液中镍离子浓度。实验结果见图4。

0.120.10.08Ni2+(mg/L)0.060.040.0203060反应时间(min)图4 酸化破络反应时间的影响

120 由图4可知，酸化破络反应时间对破络效果具有一定的影响，反应30min后，化学沉淀出水中的Ni2+

浓度仍在0.1 mg/L以上，未能达到表3标准。而反应60min后，出水中的Ni2+浓度为0.052mg/L，表明针对铝材加工废水，酸化破络反应时间至少大于30min。 3.2 铝镍分级沉淀实验结果与讨论

取一定量经过酸化破络反应后的铝材加工废水，使用NaOH将废水调至不同pH值进行沉淀，测定上清液Ni2+与总铝浓度。结果如表3和图5所示。

表3 经酸化破络处理后的铝材加工废水分级沉淀处理效果

总铝 （mg/L） 22 4.39 1.7 0.468 0.448 1.4 5

Ni2+（mg/L） 名称 pH值 原水 1 2 3 4 5

3.86 5 6 7 8 9 43.2 42.6 41.2 26.1 12.5 0.342

6 7 10 11 2.5 2.7 0.081 0.022 444240383634323028262422201816141210864203.86567pH浓度(mg/L)Al3+Ni2+891011 图5 经酸化破络处理后的铝材加工废水分级沉淀处理效果

由表3和图5可知，通过化学分级沉淀处理酸化破络后的铝材加工废水可以达到表3标准。在pH值6~9时，Al3+浓度可以实现达标排放。当pH值大于10时，Ni2+浓度可以实现达标排放。Al3+开始水解的pH值很低，且在pH接近中性时水解完全，pH值继续上升会导致重新溶解。而Ni2+在酸性和中性条件下能稳定存在于水体中，只有在高pH值条件下才能水解完全。

4 结论

通过试验研究表明，针对铝材加工废水，在pH值2~3，废水中Al3+与Ni2+质量浓度比大于2:1，反应时间大于30min的条件下，可以实现有效地酸化破络。酸化破络后的废水再经分级沉淀后，废水中重金属可以达到《电镀污染物排放标准》中表3标准中总铝≤2mg/L、Ni2+≤0.1mg/L的要求。

该技术通过置换作用将络合态的重金属污染物转化为游离态，提高化学沉淀效率，确保废水的达标排放，缓解了环境污染的威胁，实现经济、环境的可持续发展和良性循环。

【参考文献】

[1]朱亚平.铝工业废水零排放水质稳定技术研究[D].同济大学环境科学与工程学院，2008:10-12 [2]晋日亚等. 铝工业废水处理及其资源化技术研究[J].材料科学与工艺，2008，16（4）：43-44 [3]张英勇等. 含铝废水的资源化利用[J].有色金属加工，2009，34（5）：21-23 [4]苏存章.铝氧化废水的处理及中水回用[J].中国金属通报，2009:184-187 [5]陈仲祖.论铝加工废水pH值自动检测控制技术[J].科苑论坛，165（6）:17-19

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