多金属废水处理技术 8页

'多金属废水处理技术关键字：污水处理絮凝剂药剂重金属废水处理重金属捕捉剂海泡石是一类具有巨大比表面积、多微孔的良好吸附剂，近年來，一直用來吸附处理各类污染物，如重金属、有机物、各类大气污染物等[1-2]o海泡石的吸附性能由于出产地不同而有所差异，且海泡石原矿自带有方解石、石英石等各类杂质，大大影响了海泡石的吸附性能，因此，对海泡石原矿进行改性是势在必行的。研究表明，目前的改性方法可分为酸改性、热改性、有机改性、光改性等[3-4],单一方法改性海泡石只能处理单一组分废水[5-7],但是随着工业的发展，废水中重金属成分日益复杂，因此,必须研究一种新的方法对海泡石加以改性，使其能够有效去除废水中多种重金属。本文采用酸、热同时对海泡石进行联合改性，并以Cu2+、Pb2+、Zn2+多金属废水为目标污染物，目的是为多金属废水处理提供一条有效的途径。1实验部分1.1主要试剂和材料海泡石原矿由湘潭九华碳素公司提供，海泡石含量20%,其化学组成(质量百分比)为:SiO2:43.11%；A1203:9.37%；Mg0:10.15%；H20-：2.23%；CaO:15.51%；盐酸、五水硫酸铜、硝酸铅、硝酸锌及其他实验试剂均为分析纯；实验用水为一次蒸馆水。1.2主要仪器气浴恒温振荡器(ZD-85)；pH计(PHS-3C):原子吸收分光光度计(WFX-TF2B):箱式电阻炉(SX-12-16)o1.3改性海泡石的制备用不同浓度的HC1溶液在30°C恒温下浸泡海泡石不同时I"可，控制液固比为20：1,烘干，再经不同温度焙烧4h,研磨过80目筛，实验备用。1.4静态吸附实验采用五水硫酸铜、硝酸铅、硝酸锌和蒸憾水配制50mg/L含Cu2+、Pb2+、Zn2+的模拟废水，不同浓度的废水皆由模拟废水与蒸憎水配制，移収50汕废水于250汕具塞锥形瓶中，调节pH值，置于恒温气浴恒温器屮，加入一定量改性海泡石，按不同的实验 要求，改变实验条件，进行振荡吸附(120r/min),反应后取上清液测定金属浓度，并根据吸附前后溶液屮的离子浓度计算吸附率：d)=(C0-Ci)X100%/C0式中：*——吸附率，％CO、Ci——吸附始、末金属离子的浓度，mg/L2结果与讨论1.1酸浓度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响分别采用0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mol/L浓度的HC1对海泡石进行酸改性，再进行热改性。在吸附时间120min,离子初始浓度50mg/L,改性海泡石投加量4g/L,pH为7.0,温度35°C条件下，考察不同酸浓度对改性海泡石吸附效果的影响，结果如图1所示。0.30.40.50.60.70.80.91.0I」酸浓度/（mo血）图1酸浓度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响由图可知，酸浓度对海泡石的吸附性能影响较人，当酸浓度从0.4mol/L升高至0.9mol/L时,改性海泡石对金属离子的吸附能力也随之增大,当酸浓度为0.9mol/L时,吸附量最人。这是因为低浓度酸活化在保持海泡石的结晶结构形态不变的前提下，可去除海泡石矿的共生杂质方解石，也可使其骨架镁逐步脱除，进而打通海泡石的孔道[8],因此吸附性能得以提高，且随着酸浓度的增加，海泡石被酸活化的效杲越好，但是当酸浓度过高时，过多的骨架镁脱除过多，容易引起孔道坍塌，从而导致海泡石的吸附性能转而降低。2.2酸活化时间对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响 采用0.9inol/L的HC1对海泡石进行10、13、17、20、24、29、36、43h不同时间酸改性，再进行热改性。在吸附时间120min,pH为7・0,离子初始浓度50mg/L,改性海泡石投加量4g/L,温度35°C条件下，考察不同酸活化时I"可对改性海泡石吸附效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，改性海泡石对金屈离子的吸附性能随着酸活化时间的增加而增强，当活化吋I"可为29h吋，改性海泡石对金属离子的吸附性能达到最大值，Cu2+、Pb2+、Zn2+的去除率分别为83.4%、80.996、78.8%,在这之后改性海泡石的吸附性能有所下降,这可能是因为酸活化吋I"可过长而使海泡石结晶基本结构遭到破坏，导致吸附能力下降。7050405101520253035404550酸活化时间/h图2酸活化时I"可对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的彫响2.3焙烧温度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响采用200、300、400、450、500°C不同焙烧温度对己经过酸活化的海泡石进行热改性。在吸附时间120min,离子初始浓度50mg/L,改性海泡石投加S4g/L,pH为7.0,温度35°C条件下，考察不同焙烧温度对改性海泡石吸附效果的影响，结果如图3所示O图3焙烧温度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响 由图3可知，随着焙烧温度的增大，改性海泡石对金属离子的吸附率也逐渐增大，当焙烧温度为450°C时，吸附率达到最大值，之后又转而降低。这是因为海泡石在低温处理阶段内部的吸附水（包括纤维间吸附水和孔道内沸石水）被消除，在黏土中形成新的活性面，使Si-OH基转变成Si-0四面体结构，从而扩大了晶体中的通道，且结构格架不变，比表面积增加，表面活性提高，吸附能力增强。当温度高于450°C时，海泡石结晶产生折叠作用，造成表面积减小，更高的温度会使纤维粘结和紧缩，孔道的孔径减小，致使比表面积降低，吸附能力随之下降。1.4初始pH值对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的彫响在吸附时间120min,离子初始浓度50mg/L,改性海泡石投加量4g/L,pH分别为2.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0,温度35°C条件下，考察初始pH值对改性海泡石吸附效果的影响，结果如图4所示。由图4可知，重金属离子的去除率随着pH值的升高逐渐增大，且在pH值达到7时,改性海泡石对三种金属离子都有很好的吸附作用，酸度过大会使吸附效果降低，这是因为当pH<5.0时，大量的氢离子占据了海泡石的空穴，不利于金属离子吸附，在pH较高时，水体系屮氢氧根离子浓度增加，使水屮的部分金属离子Cu2+、Pb2+、Zn2+与氢氧根结合，生成氢氧化物沉淀，起到了金属离子去除的效果，实验结果证明，pH等于或大于7.0是改性海泡石对金属离子吸附的最佳酸度。 90图4初始pH值对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响2.5初始浓度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响在吸附时间120min,离子初始浓度分别为20、30、40、50、60mg/L,改性海泡石投加量4g/L,pH为7.0,温度35°C条件下，考察初始浓度对改性海泡石吸附效果的影响，结果如图5所示。由图5可知，随着重金属离子初始浓度的升高，去除率呈逐渐下降的趋势，这是因为在改性海泡石投加量一定的情况下，对重金属离子的吸附量是有限的，当重金属离子浓度升高时，去除率就相应降低，另外，改性海泡石吸附重金属离子后，表面所带电荷与重金属离子相同，因此，吸附量达到一定时，海泡石与废水屮的重金属Z间产生静电排斥作用，从而影响了改性海泡石对重金属离子的吸附。初始浓度/(mg/L)图5初始浓度对Cu2+、Pb2+、Zn2+去除效果的影响2.6Cu2+、Pb2+、Zn2+在改性海泡石上的吸附等温线改性海泡石对Cu2+、Pb2+、Zn2+吸附特征可通过Freundlich等温式进行拟合。拟合结果见表1、图6。由表1可知,Freundlich方程对Cu2+、Pb2+、Zn2+拟合的R2值都接近于0.9,能很好描述改性海泡石对金属离子的吸附等温线。Freundlich方程中1/n值可作为改性海泡石对金屈离子吸附作用的强度指标，其中 0.1