冶煉廢水中應(yīng)用全自動(dòng)過濾器處理重金屬的方法
在冶煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這種廢水的來源包括冷卻水、冶煉沖渣水、煙氣制酸的污酸廢水、冶煉過程中的清洗水以及雨水等。冶煉廢水中常富含多種重金屬，重金屬污染的水體存在持久危害性，并且隨著污染物的遷移轉(zhuǎn)化。因此，
研究
能夠同時(shí)高效去除多種重金屬的方法，對(duì)于冶煉廢水處理具有重要意義。 對(duì)于含重金屬的冶煉廢水，傳統(tǒng)方法有物理吸附法、化學(xué)混凝法、光化學(xué)催化法以及生物處理方法等。其中物理吸附法操作簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效，是應(yīng)用普遍的一種深度處理技術(shù)。膨潤(rùn)土作為一種天然廉價(jià)的粘土礦物吸附劑，其結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)控，在水處理中具有良好的應(yīng)用前景[7]。目前膨潤(rùn)土的主要改性方法有：酸化改性、鈉化鋰化改性、有機(jī)改性和熱改性。隨著微波化學(xué)
研究
的深入，目前人們已經(jīng)將微波技術(shù)應(yīng)用到高分子合成、固體快離子導(dǎo)體的制備、超細(xì)納米粉體材料等多種領(lǐng)域。采用微波改性膨潤(rùn)土，有望在提高吸附劑性能的同時(shí)，節(jié)約能耗和降低成本。 改性膨潤(rùn)土吸附技術(shù)在實(shí)際廢水處理中尚存在沉降性能較差的缺點(diǎn)，
研究
表明物理吸附法-化學(xué)混凝法聯(lián)用技術(shù)可提高水處理劑的沉降性能。
本文嘗試采用微波改性膨潤(rùn)土和PAM聯(lián)用技術(shù)處理某冶煉廢水中的重金屬，以其提高實(shí)際冶煉廢水中重金屬的處理效率并降低處理成本。
1試驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)土樣、試劑及儀器 試驗(yàn)采用鈣基膨潤(rùn)土產(chǎn)自內(nèi)蒙古地區(qū)。其陽(yáng)離子交換容量為1.08mmol/g，單位晶胞平均電荷為-0.82e，用XRD對(duì)此膨潤(rùn)土樣的成分
分析
。 試驗(yàn)試劑：聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、氫氧化鈉，以上試劑均為
分析
純。 試驗(yàn)儀器：電子天平、原子吸收光譜儀、混凝攪拌器、pH計(jì)、微波發(fā)生器，低溫冷凍離心機(jī)。
1.2微波改性膨潤(rùn)土的制備 原土預(yù)處理：將鈣基膨潤(rùn)土原土用蒸餾水浸泡10h，水洗3次后風(fēng)干至恒重，再研磨，過0.075mm篩，作為原土備用。 用坩堝取一定量的膨潤(rùn)土原土，將其放置于微波爐中，恒定功率微波消解不同時(shí)間，即得到試驗(yàn)所需的微波改性膨潤(rùn)土。
1.3
分析
指標(biāo)及方法 試驗(yàn)所用廢水水樣取自某鉛鋅冶煉廠廢水排放口，pH為4.3；COD為27mg/L；SS質(zhì)量濃度為6.4mg/L；鉛質(zhì)量濃度為1.46mg/L；鋅質(zhì)量濃度為219.40mg/L；鎘質(zhì)量濃度為10.55mg/L；錳質(zhì)量濃度為19.25mg/L。 吸附試驗(yàn)：取600mL實(shí)際冶煉廢水水樣于1L的有機(jī)玻璃燒杯中，加入一定量的微波改性膨潤(rùn)土，調(diào)節(jié)溶液pH，以200r/min的速度攪拌一定時(shí)間，然后以3000r/min速度離心后，取10mL上清液置于25mL離心管中，并測(cè)定上清液中的重金屬含量。 混凝試驗(yàn)：將經(jīng)吸附處理過的水樣置于1L的有機(jī)玻璃燒杯中，加入一定量的混凝劑，在混凝攪拌器中先快速攪拌5min，靜置沉降15min后，通過取樣口得到上清液并測(cè)定其中的重金屬含量。
2結(jié)果與討論
2.1膨潤(rùn)土投加量對(duì)重金屬去除率的影響 分別采用膨潤(rùn)土原土和微波改性膨潤(rùn)土進(jìn)行吸附試驗(yàn)，考察膨潤(rùn)土投加量對(duì)重金屬去除率的影響。 隨著投加量的增加，膨潤(rùn)土原土和微波改性膨潤(rùn)土對(duì)重金屬的去除率均呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。當(dāng)投加量相同時(shí)，微波改性膨潤(rùn)土對(duì)重金屬的吸附能力明顯優(yōu)于原膨潤(rùn)土，當(dāng)投加量為25g/L時(shí)，微波改性膨潤(rùn)土對(duì)錳、鋅、鎘和鉛的去除率分別達(dá)到了71.9%、89.7%、78.5%和93.1%，相對(duì)于原土，分別提高了9.8%、5.4%、15%和1.2%。但出水中鋅、鎘濃度仍未能達(dá)到鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.2吸附與混凝聯(lián)用對(duì)重金屬的去除效果
2.2.1不同混凝劑與微波改性膨潤(rùn)土聯(lián)用對(duì)重金屬去除效果的影響 分別選取PAM和PAC兩種常見混凝劑，采用吸附-混凝聯(lián)用技術(shù)，同時(shí)加入微波改性膨潤(rùn)土與混凝劑，考察不同混凝劑對(duì)重金屬去除效果的影響。控制廢水水樣pH=7，微波改性膨潤(rùn)土投加量為25g/L，吸附時(shí)間為60min，2種混凝劑投加量均為2～12mg/L， PAM對(duì)重金屬處理效果要明顯優(yōu)于PAC的處理效果。隨著投加量的增加，混凝劑與微波改性膨潤(rùn)土聯(lián)用后對(duì)重金屬的去除率逐漸增加。當(dāng)PAM的投加量為6mg/L時(shí)，對(duì)錳、鋅、鎘和鉛的去除率分別可以達(dá)到96.3%、94.8%、95.7%和94.7%。但隨著PAM的投加量繼續(xù)增加，去除率基本保持不變。而且混凝過程中，PAM可以快速形成較大且密實(shí)的絮體，沉降速度明顯快于PAC。說明PAM對(duì)吸附后膨潤(rùn)土的網(wǎng)捕以及吸附架橋能力強(qiáng)于PAC，因此，在后續(xù)試驗(yàn)中將采用PAM作為混凝劑。
2.2.2不同PAM投加量與微波改性膨潤(rùn)土聯(lián)用對(duì)重金屬去除效果的影響 調(diào)節(jié)廢水水樣pH為7，先投加微波改性膨潤(rùn)土，控制微波改性膨潤(rùn)土的投加量為25g/L，吸附時(shí)間為60min，待吸附完成之后再投加PAM且投加量分別為1～6mg/L，通過吸附-混凝聯(lián)用技術(shù)進(jìn)一步考察PAM投加量對(duì)重金屬去除效果的影響，隨著PAM投加量的增大，吸附-混凝對(duì)冶煉廢水中的重金屬去除率逐漸增高，這主要是由于當(dāng)PAM投加量較小時(shí)，雖然少量的PAM與膨潤(rùn)土形成了絮體，但是絮體體積較小，不易沉降，所以導(dǎo)致混凝階段完成之后，去除效果不明顯，當(dāng)增大PAM的投加量時(shí)，足夠的混凝劑可以快速通過架橋以及網(wǎng)捕作用形成較大的絮體，并且迅速沉至燒杯底部，從而去除效率增加。
2.2.3吸附時(shí)間對(duì)重金屬去除效果的影響 選取微波改性膨潤(rùn)土投加量為25g/L，PAM投加量為2mg/L，水樣pH為7，吸附時(shí)間分別為20～70min，考察吸附時(shí)間對(duì)重金屬去除效果的影響，重金屬的去除率隨著吸附時(shí)間的增加而增加，當(dāng)吸附時(shí)間為50min時(shí)，對(duì)錳、鋅、鎘和鉛的去除率分別為98.9%、93.9%、99.3%和97.4%，吸附時(shí)間的繼續(xù)增加，去除率均增長(zhǎng)緩慢，曲線趨于平緩，說明當(dāng)吸附時(shí)間為50min時(shí)，基本達(dá)到吸附平衡。因此，控制最佳吸附時(shí)間為50min。
2.2.4水樣pH對(duì)重金屬去除效果的影響 選取微波改性膨潤(rùn)土投加量為25g/L，PAM投加量為2mg/L，調(diào)節(jié)水樣pH為4～9，吸附時(shí)間為50min，考察pH對(duì)重金屬去除效果的影響，重金屬的去除率均隨著pH的增大而增加。在酸性環(huán)境下，由于水中大量存在H+與重金屬離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，從而致使吸附混凝聯(lián)合技術(shù)對(duì)重金屬的去除效果相對(duì)較差；當(dāng)pH升高時(shí)，OH-離子增加，降低了競(jìng)爭(zhēng)吸附，從而使重金屬的去除率增加。當(dāng)pH=8時(shí)，對(duì)錳、鋅、鎘和鉛的去除率分別達(dá)到98.9%、99.6%、99.7%和98.3%。為避免出水后pH過高，pH應(yīng)選擇8為宜。在此pH下，出水中的鋅、鎘和鉛的排放濃度均達(dá)到GB25466－2010，錳的排放濃度達(dá)到城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)。
2.2.5微波改性膨潤(rùn)土吸附及其與PAM混凝聯(lián)用處理后水樣的沉降性能比較 比較微波改性膨潤(rùn)土和吸附-混凝聯(lián)用技術(shù)吸附處理后沉降3min時(shí)水樣的沉降效果結(jié)果表明，采用吸附混凝聯(lián)用技術(shù)處理后沉降3min后，絕大部分絮體已經(jīng)沉至燒杯底部；而此時(shí)單獨(dú)采用微波改性膨潤(rùn)土吸附處理的水樣仍呈懸濁狀，且經(jīng)過1h后仍未達(dá)到完全沉降。說明采用吸附-混凝聯(lián)用技術(shù)可以大大提高水樣的沉降性，節(jié)省了水力停留時(shí)間。
2.2.6掃描電鏡 利用掃描電鏡分別對(duì)膨潤(rùn)土原土、微波改性膨潤(rùn)土和吸附混凝處理后絮體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖8所示。從圖8中可以看出，微波改性膨潤(rùn)土相比原土呈現(xiàn)出了更多的卷邊結(jié)構(gòu)的板狀體，這些板狀體可以形成小空隙，從而提高了膨潤(rùn)土的吸附性能。膨潤(rùn)土表面覆蓋著大量的絮體，說明PAM與已完成吸附的改性膨潤(rùn)土通過吸附架橋、網(wǎng)捕等作用快速沉降至燒杯底部。
3結(jié)論
微波改性后的膨潤(rùn)土的吸附性能要優(yōu)于膨潤(rùn)土原土。當(dāng)投加量均為25g/L時(shí)，微波改性膨潤(rùn)土對(duì)冶煉廢水中錳、鋅、鎘和鉛的去除率分別為71.9%、89.7%、78.5%和93.1%。 采用微波改性膨潤(rùn)土吸附-PAM混凝聯(lián)用技術(shù)對(duì)冶煉廢水中重金屬進(jìn)行處理，處理效果要好優(yōu)于微波改性膨潤(rùn)土吸附-PAC混凝聯(lián)用技術(shù)，沉降性能得到改善。
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