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  • 2022-04-22 13:48:58 发布

焦磷酸盐镀铜废水处理技术研究

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':单位代码:10359分类号X703级:学号:2012110967密公开冬化又令乂义?HefeiUniversityofTechnology顾±学位论文M乂STERDEGREETHESIS论文题H;焦碟酸盐锥铜废水处理技术研究学化类别:学历硕±学科专业:环境工程(桃领域)作巧姓名:秦彥祥净师姓名:周元祥教授克化时叫:2015年4月v變-若每‘ 单位代码:密级:学号:2012110967分类号:X7Q3冬化心金义净HefeiUniversitofTechnoloygy硕±学位论文^MASTERSDISSERTATION论文题目:焦磯酸瑞银铜废乂处巧巧乂研究学位类别:学历硕壬专业名称:环境工程作者姓名:秦彦禅导师姓名:周元禅教授完成时间:2015年4月 合赃工业大学学历硕±学位论文焦磯酸盐鞭铜废水处理技术研究作者姓名:秦彦样指导教师:周元样教授专业名称:环境工程:水巧染控制技术研巧方向2015年4月 ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterStudonthetreatmentofrohoshatecoerypyppppla杜nwastewaterpgBy-QinYaaXiangHefeiUnivenitofTechnoloygyHefei,Anhui,P.民.ChinaAril2015p, 合胆工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合合肥工业大学学历硕±学位论文质量要求。答辩委员会签名(工作单位、职称、姓名)^主席;^卽委员;/師文詞糸^娇^I^於*私授棄?欠寺寸如'舍批:i奔和拜、户<导航_ 学位论女独创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行独立硏究工作所取得的成果。据我所知,除了文中特别加W标注和致谢的内容外,论文中不包當其他人己经发表或撰写妊的研巧成果,也不包含为获得合肥工化大学或巧。对本文成果傲出贡献的个人和集体他教育机构的学位或证书而使用过的材料,本人己在论文中作了明确的说明,并表示谢意。学位论文中表达的观点纯属作者本人观点,与合肥工业大学无关。学位论文作者签名:■签名日期:W王年牛月诚曰参!蜂学位论文版权使用授权书龙尝化论义作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规,定,即:除保密期内的涉密学位论文外学校有权保存并向国家有关部口或机构。送交论文的复印件和电子光盘,允许论文被查阅或借阅本人按极合肥工业大、学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库,允许采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇菊学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:指导教师签名:WAf牛月WW;午日签名日期:年日签名日期月论文作者毕业去向'工作单位;E-ma联系电话il::通讯地址:邮政编码; ?致谢H年岁月甚巧,白鞠过隙间,学习生涯走到了终点,不舍之情油然而生。校一处角落一园的每,每刻财光都深深的印在我的脑海,图书馆自习室求知的身影,红楼走廊里匆匆的脚步I操场上挥洒的汗水,解兵塘边悠然的谈天说地,我记着,我忆着,我念着。在送H年中,有太多的事情发生,更有太多的人要感谢。""首先,我想感谢我的导师,周元样教授。师者,传道受业解惑也,从憎憎懂懂的孩提时代,,每天我们就与老师相伴我们把老师比作是辛勤的园下,是燃烧自己的蜡烛,但我更想把老师比作我们的朋友,父母。S年期间,不论是生活上还是学业上,周老师给予我很多帮助,周老师为人谦和,平时与我们谈天说,,视我们为他自己的子女每逢过节,地,更是邀我们共度佳节;学业上周老师对我们更是诲人不倦,,课堂上孜孜教诲,周老师坚持板书,让我们认真做好笔化对于专业知识点,更是细也讲解,力求我们每个人都能明白了解,对于实验课题,发现问题、解决问题。周老师严谨的治学态転,周老师教会我们独立思考敲会贯通的专业技能,精益求精的工作态度,让我铭记于也,更是我W后努力的方向。在此,我要向周元祥老师致W真切的谢意,谢谢您,周老师!这H年的研巧生生活,让我认识到不少志同道合之人,在此,我要感谢与我一共同奋战在线的同学,谢欢欢同学,在实验室里,,我们共同进退,相互帮助!在论文的写作过程中,我们相互学习,共同进步,谢谢我还要感谢我的师弟师,、,妹陈川刘专、张涛、范晨晨谢谢你们对我实验的帮助,谢谢你们平日里对一!我的理解和关也,谢谢我也祝愿你们日后前程似锦、帆风顺。感谢我的母校,合肥工业大学,感谢您毛年的栽培,让我在这里度过了我美好的大学生活,我会脚踏实地,努力工作,努力学习,为母校争光,也祝愿母校越来越好!最后我要感谢合肥工业大学资源与环境工程学院的全体答辩老师,谢谢您们在首忙之中对我H年成果进行评审!,谢谢H年前的今天,,我如是说今天的离别,是为明天更好的相聚;H年后的今天,我如是说,今天的感谢,是为举杯相庆的明天。作者:秦彦祥2015年4月I ^焦憐酸盐锥铜废水处理技术研巧搞要印制线路板行业制造过程中产生大量的焦磯酸盐潑铜废水,该废水主要污染物是铜和磯,对人体和环境具有很大危害。目前,对该废水的处理方法多是W去除铜、麟为目的,二者同时达标的难度很大,而且不能稳定运行。本文!焦憐酸盐电镇铜废水为对象,采用不同方法对该废水进行处理,对比研巧了各方法的处理效果及优缺点,,为该类废水处理和有效回收铜提供有益的参考获得W下阶段性成果:1)化学沉淀法对于络合重金属废水处理效果不理想。中和沉淀法处理该废2+=2+水时,Cu去除率随着pH的升高而升高,在pH12时,Cu的去除率为44.2%;HCu=H=1010硫化沉淀法随着投加量增加,处理,S/,、p升高效果越来越巧在p+2时,Cu的去除率为80%。2)硫酸亚铁法处理该废水时,随着投加量增加,pH升高,反应及沉淀时间*==eS〇7H2〇投加量0.96/L,10T12h延长,出水水质越来越化F4gpH,时,C2+2+出水u和TP去除率分别为98.43%、%.81%,该方法对Cu有较好的去除效TP3+e。果,对处理效果不佳,且出水中含有过量的F3)巧处理法处理该废水可W取得较好的处理效果,随着CaCl2投加量增加,=H升高,,CCl0668LH90p反应时间延长废水处理效率増加,a2投加量.g/,p.,2+T=L4L15min时,出水Cu和TP浓度分别为0.1mg/、0.3mg/,去除率高达99.78%、99.70%,采用Ca0巧2代替CaCb时亦可W达到较好的效果,各因素对(>>处理效果影响程度的主次顺序:阳氯化巧投加量反应时间,但巧处理法会引2+入大量Ca,造成水质硬化,污泥量大。4)氯化铜法处理该废水具有很好的处理效果,当CuCk投如量为0.98g/L,2+==H6,T15TP025m/L063mL,p.0min时,出水Cu和浓度分别为.g、.g/去除率分别为99.45%、99.56%;各影响因子的权重大小为:pH>反应时间>氯化铜投加量。需严格控制反应pH和药剂投加量。=5)氯化锋法处理锋镶废水化在ZnCl2投加量为0.348g/L,反应pH6.0,T=2+25min时,出水Zn、NP、TP浓度分别为1.68mg/L、1.85mg/L、0.49mg/L,2+N2+一TP达到排放标准要求,但Zn、i需结合其他方法进巧进步处理。6)对比各处理方法得出:传统方法处理该废水出水水质往往难W达标,且2+对铜、磯没有回收,而、P,存在诸多不足氯化铜法处理该废水,出水Cu浓度II ^+2满足电彼污染物排放标准要求,还可W焦磯酸铜沉淀的形式回收Cu、P,相比一一之下,该方法作为种全新的处理技术更具优势,具有定的实践意义。关键词:焦磯酸盐锭铜废水;化学沉淀法;硫酸亚铁法;巧处理法;氯化铜法III ABSTRACTStudyonthetreatmentofrohoshatecoerpypppppla村nwastewatergABSTRACTIntheroductio打ofPCS过largeuantitofrohoshatecoeri注tinqypypppgpppwastewaterisdischarged,themai打pollutantsarecopperandphosphorus,whichisharmfultohumanbodandenvironment.Atresentremovalofcoerandy,pppphosphorusisthe打rstpurpo化ofthewastewatertreatme打t.Meetingtheemissionsstandardssimultaneouslyforbothisverydificuh;,andcannotfimcticmsteadil.Iny化isarticlebasedonrohoshatecoerlatinwastewaterastheI:扣earchobect,pyppppgj,pdifferentmethodswasadotedtotreatelectrolatinwastewatertheadvantaesandppg,gdvan-disatagesarediscussed.Provideabeneficialreferencefor化erecyleofwastewa化rlikethis,andget化efbllowingachievements:1Thetreatmenteffectofchelatingheavymetalwastewaterbychemical)redpitationisnotideal.Intheprocessofneutralizationprecipitatio打treatmentthep,2+te2+removalrateofCuincreasedwiththeincreaseofHtheremovalraofCup,reached44.2%whentheHwas12.TheteratmentefectofsulfidereditationpppncreasedwiththeincreaseofdosinuantitandH.Whentheas10andigqyppHw+2180%S/Cuwas10化6巧111〇乂泣1伽6〇(£11巧&(:16(1.,2In1;herocessofferroussulfate,withtheincreaseofdosinua打titandH)pgqyp,andtheextensionofreactionandsedimentationtimewaterualitisbecomin,qyg巧〇?beter.When化edosingqua打tityofF47成0was0.96g/L,thepHwas10,*2+ieactionand化dimentationtimewas12h化eremovalrateofCi|andTPKached,^^t98.8resectvel.Thismetodhasaoodremovalefcoft.43%and381%piyhgfeCu,bu3+fortheremovalofTPisnotidealandalareamoutofFeiscontainedinthewater,gaftertreatment.3)Theefectofcalciumtreatmentisverygood,with化eincre汪seofdosinguantitofCaChHandreactiontime化etreatmenteficiencisincreased.Whenqy,p,ythedosingquantityofCaCbwas0.668/L化eHwas乂andreactiondmewasISg,pmintheconcentrationofandTPwas0.1m/L^0.43m/Lresectivelthe,ggpy,*%ienovalratereached99.7and99.70%resectivelwhenusinCaOHinsteai8py,g(2d)ofCaCbcanalsoachievegoodtreatmenteffect.TheprimaryandsecondarysequenceIV ABSTRACToftheimpactfactOK;onthetreatmentefectis:pH〉calciumchloridedosing2+uantit〉reactio打timeBtttri.ucalciumtreatmenwillincreasetheconce打atonof£泣qy,causinwaterhardeninlareuantitofsludeisroduced.gg,gqygp4Thecoerchloridemethodachievedoodresutsthetreatmentts)ppglinofhiwastewater.WhenthedosingquantityofCuChwas0.98g/L,thepHwas6,and2+reactiontimewas15mintheconce打trationofCuandTPwas0.25m/L、0.63m/Lg,grespectively,化eremovalratereached99.45%and99.56%化spectively.Theprimaryandseco打daryseuenceoftheimpactfacto。onthetreatmentefect:pHvalue〉qireactiontime〉copperchloridedosinguantity.Intheproc的sHa打ddrugdosingqpuanttmustbestrictlcontroled.iylqy5Z打c化-ichloridewasadoptedhandlezincnickelwastewater,the巧suhsshow)that:whenthedosinguantitofZnCkwas0.348/L化eHwas6andireactio。qyg,p,2++timewas25min,theconcentrationofZn,NPandTPwas1.68mg/L,1.85mg/Land0.49mg/Lrespectively,化eCO打centrationofTPmeetemissionsstandards,but++*22othermethodsforfijrtherrocessi打areneededfortheiemovalofZnandNi.pg6Throughthecontrastofthesemethodsettheconclusion:thetreatmentofthis)gwastewaterbtraditionalmethodscannotrecylecopperandphosphomstheandwatery,uatscu化!:〇meetemissionsstandardsalsoasotherdisadvantaesHoweverqliyidifi,hg.,出efinalwaterualitbcoerchlorideme化odmeetemissio打sstandardsandqyypp,2+化lPtttirecceCu、brohoshaecoerreciiaionsmethod报anewyypypppppp,roce巧intechnoloismuchmoreadvantaeousandhasacertainracticalpggyg,psinificance.gKeywords;Pyrophosphatecopperplatingwastewater;Chemicalprecipitation;Ferroussulfate;Calciumtreatment;CopperchlorideV 目录1m11.1mm1122.电锻工艺简介1212..电锻工艺流程122..典型电渡铜技术31.3印制线路板41.3.1印制线路板生产工艺4134..2印制线路板电锻工艺145.焦磯酸盐电镇铜工艺1.4.1焦磯酸盐电鎭铜工艺简介51.4.2焦磯酸盐电馈铜废水来源及处理难点61.43焦磯酸盐渡铜废水处理现状概述7.144焦磯酸盐锻铜废水处理存在的问题11..15、2.课题意义来源及内容12实验材料与撫132.1实验材料1312丄实验废水132丄2实验药品与仪器1322实验分析14.方法2.2.1总憐含量的测定142.2.2铜、轉、儀离子的测定152.3实验内容1624实验方法6.13焦巧臟锥铜废水处理技术研巧183118.中和沉淀法处理焦磯酸盐锻铜废水实验研究13丄实验原理183丄2实验方法193丄3实验结果分析与讨论巧3丄3本节小结203220.硫酸亚铁法处理焦磯酸盐镶铜废水实验研究13.2.实验原理2032222..实验方法32322..实验结果分析与讨论3.2.4正交实验25VI 3.2.5本节小结273.3硫化钢法处理焦磯酸盐辕铜废水实验研究283312..实验原理833229..实验方法33330..实验结果分析与讨论3.3.5本节小结巧334.4氯化巧法处理焦磯酸盐辕铜废水实验研究3.4.1实验原理343.4.2实验方法35343..实验结果分析与讨论353.4.4正交实验3934441..本节小结341.5氯化铜法处理焦稱酸盐链铜废水实验研究3.5.1实验原理413.5.2实验方法423.5.3实验结果分析与讨论42354正交实..验443.5.5本节小结453.6巧镶废水处理研究463.6.1实验原理463乂.2实验方法46347.6.3实验结果分析与讨论36449..本节小结4焦巧酸盐馈铜废水处理方法化选505结论与建议525.1结论525252.建议辦文献54VII 插图清单插图清单图2.1TP标准曲线152+图3丄1中和沉淀法处理焦磯酸盐银铜废水Cu脱除效果202+3丄2Cu20图中和沉淀法处理模拟含铜废水脱除效果2+3.223图.1硫酸亚铁投加量对Cu脱除效果的影响图3.2.2硫酸亚铁投加量对TP脱除效果的影响232+32HCu23图..3沉淀p对脱除效果的影响324HTP23图..沉淀p对脱除效果的影响2+32524图..沉淀时间对Cu脱除效果的影响326TP24图..沉淀时间对脱除效果的影响3+图3.2.7不同硫酸亚铁投加量出水Fe浓度变化曲线27图3.3.1金属硫化物溶解平衡图292+图3.3.2硫化钢投加量对Cu去除效果影响312+33Cu31图..3硫化钢法处理模拟含铜废水去除效果2+331图.3.4pH对Cu去除效果影响2+图3.3.5反应时间对Cu去除效果影响313362-S图..水解平衡各姐分分配系数32。2+團3.4.1氯化巧投加量对去除效果影响%342TP图..氯化巧投加量对去除效果影响362+图3.4.3H对如去除效果影响36p图3.4.4pH对TP去除效果影响%2+图3.4.5反应时间对Cu去除效果影响3734TP7图..6反应时间对去除效果影响32+34738图..氨氧化钩法对Cu去除效果影响图3.4.8氨氧化巧法对TP去除效果影响38+24图3.4.9不同氯化巧投加量出水Ca浓度变化曲线12+351图..氯化铜投加量对Cu去除效果影响42352TP42图..氯化铜投加量对去除效果影响+24图3.5.3H对如去除效果影响3p图3.5.4H对TP去除效果影响43p+2图3.5.5反应时间对Cu去除效果影响44图3.5.6反应时间对TP去除效果影响44图3.6.1氯化锋投加量对实验效果影响47VIII 插图清单图3.6.2pH对实验效果影响47图3.6.3反应时间对实验效果影响48IX 表格清单表格清单表1.1焦磯酸盐辕铜槽液配方及操作条件6表213.1实验用废水水质表213.2实验所用试剂表2.3实验所用仪器14表2.4Cu、Zn、Ni测定条件及测定浓度范围152516表.金属标准系列浓度°表3.1常见金属氨氧化物25C下的溶度积及沉淀pH19,表3.2FeS〇47H2〇质量浓度对焦磯酸盐辕铜废水处理效果的影响233表3.31^9(3)正交实验设计表2534正交试验结25表.果表’表3.5重金属硫化物溶度积Ksp(25C)282+表3.6硫化沉淀法处理焦磯酸盐镇铜废水Cu去除效果30C2+表3.7硫化沉淀法处理模拟含铜废水u去除效果.....302+表3乂硫化沉淀法去除C〇动为学相关数据32表3.9不同反应级数对应相关系数表33表3.10氨氧化巧投加量对焦磯酸盐镶铜废水处理效果影响383U氯38表.化巧投加量对焦磯酸盐银铜废水处理效果影响33123表.心()正交实验设计表巧表3.13正交试验结果表393表3.14心(3)正交实验设计表44表3.15正交试验结果表453147表.6氯化悴投加量对实验效果影响41表.焦磯酸盐敏铜废水各处理方法对比50X 1渚论1绪论1.1前言【1】2013年国民经济和社会发展统计公报数据显示:我国水资源总存储量在327000亿mW上,2013年年均降水量达到665mm,2013年年末全国600多座3大型水库蓄水量总量达到3488亿m,比2012年年末蓄水量减少5%,2013年3%年总用水量6170亿m,比2012年増长0.6,其中,生活用水量增长了2.7%,工业用水量増长了1.4%,农业用水量下降了化1%,生态补水量増长了1.6%,万3工业増加值用水量元国内生产总值用水量为121m,比20口年下降6.5%,万元33为68m,比2012年下降5.7%,人均用水量为453m,与2012年基本持平。近年来,随着家电行业、电子行业及汽车行业的快速发展,印制电路板(Printedcircuitboard,简写PCB)产量急剧増加,印制线路板的制造已成为电-口3]子领域的重要支柱产业。进入21世纪1^来,我国的印制线路板生产业化原人。的速度向前推进,其产值和产量均名列前茅由于电子产品种类的多样化和发展的快速化,中,通过价格攻防战改变了供应链的结构国因其产业分布么广、成本么化巧市场么大等优势,使得中国成为全球最主要的印制电路板制造基地。根据W20一10年相关资料显示,截止至,中国具有定生产能力W上的印制电路板生产厂家共计908家,总资产共计2161.76亿元,并实现销售收入22巧.%亿元,且获得总利润额为94.03么元。印制电路板又可W称作印刷电路板,简称为印制板,是W某种绝缘板作为基一上巧有一,材,其个或多个导电图形并布设有通孔(如元件,并切割成定大小)孔、紧固孔、金属化孔等,用来替换W往配置电子元器件的底盘,W完成电子",元器件间的相互连通因为这种线路板是通过电子印刷术制造的,所W被称为印"5[I]巧J电路板,按照线路板的基层层数可W区分为单面板、双面板、四层板及多层线路板等。线路板由于其制造工艺流程中需要消耗大量的水资源,势必会产生多种废水,,根据所含污染物可W分为重金属废水、含氯废水、含错废水W及综合废水1^1必须适当处理达标后方可排放。印制线路板生产工序过程中的各电辕工段及电辕后漂洗工段会产生大量的W电链重金属废水,若直接排放或者未经处理达标排放,其中的重金属如铜、络、锋、镶等,往往会通过各种渠道卿渗流、浸溃、化学沉淀转化畑行迁移、沉积在固体废物中,从而造成二次污染,或者通过食物链蓄积在生物体内危害生命健帆叫康。针对传统的电锻重金属废水处理方法有;中和沉淀法、硫化物沉淀法、化学还原法ni、铁氧体发法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法等,各方法有各自的优点和适用情况。本课题针对焦憐酸盐锻铜废水处理难点及处理过程中存1 合肥工业大学硕±学位论文在的问题,用不同的处理方法对焦憐酸盐锻铜淋洗水进行处理,并对比各种方法一的优劣W及处理效果,寻找种全新的处理方法达到对铜和稱酸根的回收,减少资源浪费及环境污染。1.2电锥工艺衔介电锻工艺随着科学技术和化工行业的进步得到快速发展,1800年意大利Bmgnatelli教授提出鑑银工艺,这是关于电锻的最早文献,在1805年他又提出锥金工艺;1840年,氯化物辕银工艺被英国Elkington作为专利技术提出,被应一用与生产领域并直延续至今;1843年酸性硫酸铜渡铜工艺被提出并应用于工业剌造;随后又出现了锻镶工艺、酸性硫酸盐银锋工艺、氛化物锻锋工艺和锻络口3]工艺,从而使得电辕工艺逐步趋于完善。1.2.1电银工艺流程电彼是指在含有预壤金属离子的盐类锻液中,W被被金属元件作为阴极,通过电解作用,使锻液中预镇金属离子在被被件金属元件表面富集下来并形成锻层一[14]的种表面处理工艺。通过电德获得的银层性能不同于基体金属,具有新的特征。根据锻层功能的不同,可将锻层分为防护性锻层、装饰性锻层及其它功能性锻层。15[1,、电锥工艺流程通常分为H个部分即电镶前处理电镇W及链后处理。(1)电敏前处理预锭件在进行电锥之前,需要根据预辕件的材质、表面状况W及表面处理的要求,如去除待被件油污、氧化皮等;对有表面粗糖度或光亮度要求的待锻件药进行电化学抛光、机械抛光、喷砂处理等,及改善待渡件表面状况,使辕层达到工艺要求。当锻件表面上有诱蚀、氧化皮或者油污时就会使锻层结合力不够致密、多孔,在锭件受热时就会产生鼓泡:锻件表面有油膜或者氧化膜时,虽然可W得到外观正常。结晶致密的锥层,但馈层与基体结合力不够,在受到外力的冲击或者热冷一变化时,镇层就会开裂而脱落。因而银前定要将锻件清洗干净,只有这样银层才能与辕件很好的结合。(2)电被过程主要工作有预渡件表面积的计算、挂具的选择和设计、阴阳极的调整(面积、距离)、电镇电流密度的选定、被液的制备、然后才能进行电银过程。其流程如下所示:一一一一一一磨光光除油水洗酸洗一7k洗7C一预锻件j洗淡碱浸溃甩干一一一一(一一一上挂具电解除油酸洗水洗预银铜)浸洗回收两道漂洗电锥(镶)一浸洗回收两道一一电被)一一漂洗一一下挂具一漂洗(铭浸洗回收两道热水洗干燥 ̄^光2 1绪论根据不同的锻件和锻种w及工艺要求不同,流程有所增减。(3)电辕后处理一环电锥后处理会直接影响渡层质量的好坏,是电锻过程中非常重要的,主要作用是清除链后锻件表面残留嫂液、提高馈层耐蚀性、提高辕层亮度、提高彼层结合力、消除锻层应力、改善银层理化性能,包括清洗、除氨、纯化、出光、干燥和防变色等。1.2.2典型电彼铜技术16[]可直接在钢铁氯化渡铜工艺、锋合金等基体上作为打底壊层,氯化渡层结,晶细致,与锻件基体结合好锥液的分散能力与深度能力好,但是不宣于获得很17厚的辕层[],常用于预辕阶段。氯化钥在空气中会与氧和二氧化碳发生反应并分解为碳酸钢,造成锻液稳定性差,且锻液有剧毒,对工作人员和环境危害性大。氛化物作为电镇槽液的金属离子的络合剂是电锭工艺的主要原料,从上世纪起便为世界备国所普遍使用,但是,氛化物会对环境和人体造成极大的损害,由于氯化物对人体和环境的危害,W及物料管理的繁琐复杂,含氯电锻逐渐遭到淘[W汰而由无氯电锻替代。自从大众普遍得知氯化物的毒性及危害的严重性后I无氯电渡工艺便逐渐替代了氯化物电锻工艺在电態斤业的推广使用,但由于当时其工艺并没有很好的完,善造成成本相对偏高,再加上当时社会对环境保护的意识不够强烈,使得无氯,无氯电镶技术经过多年的完善己非常成熟电链没有大范围地推广应用。此后,19[】尤其是在辕铜和锥锋工艺中。此外,环保W及职业健康问题己被全球人们所普遍注重,对人体健康伤害少、对环境污染小的技术越来越为人所倡导,所W无氯心]电被必然是大势所趋。常见无氛电辕铜技术如下:1心口1(1)无氯碱性亮铜:可W完全替代氯化锻铜工艺及光亮辕铜工艺,并适用于任何金属元件基板,如铜合金、纯铜、铁、不诱钢、锋合金压铸件、侣、错合金工件等基材上,挂锻或滚锭都可W。光亮碱性无氛锻铜镶液走位优于氯化潑铜,得到的馈层光亮,玻液成分稳定,且维护和使用方便,电雜污水易于处理等特点。但是对于预被件的前处理要求要高于氯化链铜。24[23,](2)硫酸盐辕铜;硫酸盐镶铜工艺是电锻行业应用最为普遍的无氯电锻工艺,其彼液成分简单、成本低、维护方便、废液处理简单,通过投加添加剂,即可立即获得光亮嫂层,因而无需机械抛光工段。该电锭技术被普遍应用于防护装饰性电锻、电铸、塑料电锻、印刷线路板金属化加厚W及图形电锻的底层,但是,钢铁件在硫酸盐镶铜工艺中会产生疏松的置换铜层,严重影响锥层的结合力;巧压铸件、锅及其合金也会受锥液的腐蚀,因而在活泼性较强的基体上不能直接,渡光亮酸铜,此外酸铜也不适宜于复杂件的电馈。PWy(3)焦磯酸盐渡铜:焦磯酸盐锭铜适宜于铁、巧等金属基材锻厚铜层3 合肥工化大学硕±学位论文一W及塑料金属化电镶,但是,焦磯酸盐锭铜馈液所需浓度很高,制备时次性投入成本大,而且被液活化能为差,结合力不理想,钢铁、锋合金等基材因为不能直接进行焦憐酸盐被铜,需预银处理,而且镇液长时间使用会造成正憐酸盐的大口7,28]量积累,金属沉积速率显著下降,而且产生的废水处理困难。(4)其他縷铜技术:如氣棚酸银铜、己二胺锥铜、HEDP锻铜等。1.3印制线路板11.3.印制线路板生产工艺一印制线路板(简称PCB)生产是种非常复杂的综合加工技术,设备化及制29工艺流程长[]口W工方法有加成法、半加成法和减成法。造工艺技术含量高,且,加加成法是指在没有铜洁覆盖的基材上通过预先制出线路图后,再W化学锻沉。一一铜的方法在基材上渡出铜线路图加成法的制作工艺流程:无铜基板钻孔催一 ̄一一化图形形成图形电德脱模后处理。减成法是指在覆有铜箱的基板上剌作出线路图后,将线路图部分保护起来,再通过蚀刻方法将不需要的多余的铜絕腐蚀掉的方法形成线路图。减成法的制作一一一工艺流程一一一一:覆铜板图形形成蚀刻脱模表面粗话层压外形整形内线路压板一钻孔一除钻污 ̄全板电银一线路图形成形一蚀刻一脱模一金手指电锭—一一一阻焊剂^符印巧IJ热风整平外形加工。半加成法是采用覆铜板制作印制线路板,其中线路的形成是采用减成法,再W加成法在通孔中形成铜连接层,将双层或多层板之间的线路连接起来。半加成法是目前线路板制作常用方法,其中通孔是采用加成法来沉积铜层,其余部分则工若流程一一一是通过减成法形成,所叫半加成法。其生产:覆铜板钻孔催化一一一一一后处理图形形成蚀刻脱模阻焊剂通孔电锻。12.3.印制线路板电锻工艺电渡工段作为印制线路板生产过程中必不可少的关键工段,对PCB板的生产质量有着决定性的作用,电彼质量的好坏直接决定PCB板的质量,影响着PCB板的导电性能、耐腐蚀性能及耐磨性能等,这就要求渡层必须要有良好的可塑一性、延展性、导电性及定的厚度和致密性。所W,相对于普通工件的电锥工艺,印制线路板的电彼工艺要求更高更好。目前,巧制线路板电锻工艺在电锻斤业的快速发展的基础上已经相当成熟。目前,被广泛采用的电银铜技术有很多,比如酸性光亮铜电锥、氛化链铜、无氛碱性被铜、焦磯酸盐锻铜、氣棚酸锻铜、乙二胺锭铜、HEDP锭铜等,但是送电彼铜王艺中的多数并不适宜用于PCB电镶生产。其中,氛化物银铜工芝不仅会因为氛化物的剧毒性危害人生健康和污染周围环境,而且氯化物电锥难W获>得厚镇层,链层质量难1^1满足线路板生产要求。4 1绪论,相比之下,焦磯酸盐锻铜工艺渡层厚且致密性高被印制线路板行业作为主流电渡工艺广泛采用到生产过程中),目前,华纳国际(铜陵电子材料有限公司印制线路板的制造过程中的电辕铜工艺便是焦磯酸盐锭铜工艺。1.4焦巧臟电锥铜工艺1.4.1焦憐酸盐电银铜工艺简介焦磯酸盐电锥铜的镇液属于配位型类银液,在溶液中焦磯酸钟(K4P2O7)与焦磯酸铜(CU2P2O7)的铜离子发生络合而生成焦磯酸铜钟蠻合物(K6CuP2〇72)。()焦憐酸铜虽然难溶于水,但是可W溶解在焦磯酸钟溶液中而形成焦磯酸铜神,反应方程式如下;=CU2P2O7+3K4P2O72K6CuP2〇72(-11)()C2+P4-u与2O7络合成的配位盐在不同酸碱条件下会有不同的存在形式:当pH4-<53?5.3时可能存在的主要形式为[0財2化〇7)2];当闲在.7.0时主要形式可能-5 ̄为CuHP2〇7)2710P〇];当阳在时可能的存在形式为[Cu(27)2户由于到在阳[(>知8.5时,锥液中的铜离子大部分則知化〇7)2的形式存在,而这种配位离子所],带有的负电荷比其他形式的配位离子要多同时对阴极过程的影响也大,所W将?H85。壌液的p维持在.9的范围利于电镶过程的进行电辕过程中的电极反应过程中阴极的主要反应:仁-4-=CuP〇eC1-272]+21+2P2O7(12)[(),同时阴极上还有析氮的反应:--2吐0+2=e比+20H(1-3)焦憐酸盐电链铜采用是可溶性的阳极,阳极反应过程:_2+-=Cu2eCu-4(1)加++4二6-2P2O7[Cu(P2〇7)2_:|。5)而在阳极的电流密度过高时会发生析氧反应:---=40H4e2也0+〇-62(1)且在阳极氧化不完全时,焦磯酸盐辕铜工艺过程中会生成铜粉(CU2〇)。一:焦磯酸盐电敏铜工艺流程根据基板种类分为,钢铁铸件上化学除油热水一一一一冷水洗一一冷水洗一氯化闪镇铜洗冷水洗电解除油热水洗酸洗、浸馈铜或预锻辕一冷水洗一焦磯酸盐渡铜一冷水洗一镇亮镇一冷水洗一镶锋一冷水洗一一锋压铸件上一一一一一热水洗烘干:除油水洗弱浸蚀水洗水洗焦磯酸钟溶;一一焦稱酸盐辕铜液浸泡焦憐酸盐闪镶铜。11。焦稱酸盐电被液具体成分及操作工艺条件如表.所示5 合肥工业大学硕±学位论文表1.1焦磯酸盐馈铜槽液配方及操作条件Table1.1Pyrophosphatecopperlatinbathformulaandoerationconditionspgp锭液成分及操作条件光亮锥铜普通键铜滚馈铜-1--焦磯酸钟化七300380300-400350400)-.i--焦磯酸铜L70-9050705065/(g)-.i—L-梓朦酸按/(g)101525-——?‘i2NHmLL-33也〇/()-.i——-0-2硫基苯并喔挫L.0020.004/(g)-.i——2--L00.004硫基苯并咪睡/(g.002)-1—--020二氧化砸/丄00.008.008.0肥(g)40-駐度30-州503040/V---H88.828.SS288p8...-2--DKA-/dm1.531.21.50.51()拨拌方式阴极移动巧极移动滚渡14.2焦磯酸盐电锻铜废水来源及处理难点.在印制线路板复杂的生产过程中,焦磯酸盐电链铜工序是线路板生产必不可少的工序,其电链工艺流程为:一浸酸一全板电镜铜一图形转移一酸性除油二级逆流漂洗一微蚀一二级逆流漂洗一浸酸一渡锡一二级逆流漂洗一浸酸一图形电链铜一二级逆流漂洗一锭一二一一一回收一二级纯水洗一烘干辕级水洗浸梓樣酸敏金。通过该电锻工艺流程可W看出,整个工艺流程经过多道电锭工序,每次电渡完成后都会有多级漂洗工序,因而会产生大量的焦磯酸盐被钢废水。一一焦磯酸盐电锻铜废水主要来自W下H个方面:①个锻件在经过个电態工一序后取出时,,,都会伴有焦憐酸铜链液的附着带出在进入下道工序前辕件必,并产生大量的冲洗水②银液经过长时间的使用后需要进行冲洗,便会逐渐丧;失使用功能而被废弃。:③焦憐酸盐镇铜车间地坪冲洗水这些淋洗水和废弃液及车间冲洗水是焦磯酸盐锻铜废水的主要来源。焦憐酸盐锻铜镇液是W焦憐酸钟和焦磯酸铜为主原料的配位性镇液,由于潑液的性能使焦磯酸盐锻铜废水的处理变得困难;①在焦磯酸盐皱液的配置过程中4-2+P ̄需要控制2〇7和Cu的重量比(P比)在78.5,使得焦磯酸铜电镇废水中含有大量的焦憐酸根,造成TP较高,在废水处理过程中要作为重要指标予W考虑;②焦磯酸铜废水中存在的大量的P〇4-Cu2+27会和废水中少量的发生络合反应,生^X-uP2〇7)2K1.10成焦稱酸铜络合阴离子C,该络合阴离子的不稳定常数0(9,铜处于较稳定状态,给铜的处理带来了困难,在废水处理过程中作为重要指6 1绪论标予w考虑。1.43.焦磯酸盐锻铜麽水处理现状概述含焦磯酸铜络合阴离子的碱性辕铜已为人们所熟知多年,然而仅在不久前才具有工业实用价值,,曾经有不少文章报道了槽液配方、操作条件W及应用情况槽液的主要成分是CP〇6-4-Cu2+u(27)2络合离子,产生它就需要P2〇7和的重量比为541。,.8:在焦憐酸盐镶铜电辕工艺过程中会产生大量的焦憐酸盐镶铜废水其处理方法可!^^分为物理法、化学法、生物化^及物化法。(1)物理法物理法可W分为气浮法、吸附法和溶剂萃取法等。a.气浮法Pi]气浮法也称浮选法,其原理是通过机械揽拌或者微孔曝气机使水中产生大量的微缩气泡,并W微缩气泡为载体吸附废水中的微小悬浮物颗粒,污染物随着气泡上浮而达到水面形成浮渣层而被去除,从而达到固液分离目的;还可W在废水中投加化学药剂,选择性的将亲水性污染物变为疏水性,然后气浮去除,两者口2-34]统称气浮法。采用气浮法处理重金属废水早己被广泛采用。b.吸附法一)当流体(气体或液体与多孔固体物质发生接触时,流体中种或多种姐分口5]-在气固接触面处产生富集的现象称为吸附。吸附可分为物理吸附和化学吸附,如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,则为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间通过化学键产生吸附,则为化学吸附。常采用的吸附材料如活性炭P?8]处理重金属、火山灰、沸石等,采用吸附法吸附PWD1离子废水和含憐废水己被广泛研巧。+"22+王春荣[]、于承豪等利用火山灰处理含饥、Zn的重金属废水,并对影响处理效果的pH、吸附时间、火山灰颗粒投加量、温度等吸附条件进行研究,发 ̄现吸附温度控制在1〇35石,pH在6左右时具有较好的处理效果。高伟、何少42华对膨润主处理重金属废水效果进行研究[]±进行改,采用不同的方法对膨润性,并对影响膨润±吸附效果的因素进行了研充。Moharami,Somayeh研究了膨润:h、方解石、高略石和沸石对水溶液中P的吸附效果,得出各自的吸附容量,并分别对吸附时间、pH和吸附剂投加量等影响因素进行了实验研究,并采用Freundlich模型和Langmuir模型对吸附等溫线进行模抵C.溶剂萃取法()萃取是利用组分在两种互不相溶或微溶的溶剂中分配行为的差异不同,使组分从分配系数小的溶剂内转移到分配系数较大的溶剂中,并通过多次的萃取--行为,,达到分离的目的可W分为固液萃取、液液萃取。萃取法被广泛地应用于冶金和化工行业中,,其萃取设备简单、操作方便、处理量大适用于工业规模7 合肥工业大学硕±学位论文的分离,易于实现连续自动化操作。萃取工芝在国内外已被广泛研究,采用萃取44,4[9法从废水中提取铺、轉研究已有相关报导。L2+2+李立清、钟宏等采用ix984N作为萃取剂对含Cu、Ni的电锻废水进行处46][H4105理,并对影响因素进行了研究。实验结果显示,在p为和.时具有较好+2的萃取效果,Cu和N护的去除率分别可达到92.9%和93%。(2)化学法、、化学法可[^分为化学沉淀法化学还原法铁氧体法、整合捕集法、离子交换法等。a.化学沉淀法化学沉淀法是通过向废水中投加沉淀剂,如NaOH、NazS等,进而将废水中W溶解状态存在的金属离子转化为难溶甚至不溶的沉淀物,达到将金属离子从474*49废水中去除的目的[][.]。化学沉淀法可W分为中和沉淀法和硫化物沉淀法等。口W理过后出水胡文、康提等采用中和沉淀法处理煤矿酸性废水,处pH均值806、6mL、TMn浓度均值为085mL为.总Fe浓度均值为化6g/.g/,出水水质较口1]好,可;王威通过中和沉淀法处理含络废水并开发出序批式中和沉淀法W精确控制pH,减少络渣的产生。R.E.Wing、W.G.Rayford、W.MDoane等采用加石灰、氯化巧等处理焦磯酸2口]H9?115铜淋洗水,p控制在.,可W达到很好的处理效果,并认为铜是焦磯3 ̄9酸铜沉淀下来的,只要变更被沉淀的纯焦磯酸铜溶液pH就可认定,当pH在范围内沉淀是蓝色,pH超过10时,呈红色,而氨氧化铜就不能观察到这种色泽变化,而且氨氧化铜在pH<5时将破溶解,但是会引入过量巧离子,増加水硬,,度,不利于后续膜处理设施的运行易造成膜的结垢,进而造成出水水质恶化产水量下降,膜元件寿命的缩短等。口3]何绪文、胡建龙等采用硫化物沉淀法处理含铅废水,对硫化钢投加量、pH等反应条件进行研巧,而且还对硫化铅反应动力方程进行了模拟,结果表明,硫一2+3H6 ̄化铅反应符合级动力方程,沪与Pb的物质量比为,且p控制在9的条2+2+BPb99乂0%PbOmL件下,的平均去除率可达,反应出水平均浓度低至.g/,出水水质达到排放标准。刘延慧采用用氯化巧、娃酸销、聚丙稀酷胺处理含憐废水,通过将废水中的磯转化为难溶性沉淀来脫除总磯,并对pH、反应时间和沉淀剂用量等影响因素一TP99%口4]进行了研究,在定的条件下,废水去除率商达^?上。b.化学还原法化学还原法是通过向废水中加入还原剂(如FeS〇4、NaHS〇3、铁屑、S〇2),^+2+将废水中的高价金属离子(如Cr、Cu)还原为低价金属离子,进而采用化学^+沉淀法将之去除。通过化学还原法可将高价位的C产转化为低价位的Cr,而+2+可W通过还原为大大降低其毒性;CuCu并生成沉淀物而去除。化学还原法处8 1绪论[55,%1理重金属废水在工程中有着广泛的应用。[n]胡晓峰在处理含络废水时,通过对比各种处理方法的优劣后选定S〇2还原二6+r法,用氧化硫作还原剂处理含络废水,除络效果较好,进水C含量为1?43008L8m/,且S〇2尾气排放量小于.时g,出水C产含量均能达到排放标准15mg/L。++58]2+2[Cu还原为CuFe文凤余、岳峰W硫酸亚铁为破络剂,将,通过利用3+和Fe氨氧化物凝聚作用,将Cu2〇吸附、网捕共沉淀,达到陈铜目的,发生的主要反应为:2+-=F0HFe+20He(2i)--Fe0+OH-e=Fe0巧(巧2(6---4-=O2CuP2〇72+20H+2ei2〇+仲2O7+H2O[()]c.铁氧体法铁氧体法处理重金属废水是在生产铁氧体的基础上而发展过来的一项废水一处理技术定量的铁盐,。铁氧体法处理重金属废水是指向废水中加入通过调控反应条件,使废水中的原有重金属离子与铁离子、氧离子形成不溶性的铁氧体晶粒沉淀,从而达到去除重金属离子目的。在铁氧体处理过程中往往也伴随着氧化59[]还原反应。铁氧体法可W同时去除多种重金属,在废水处理中己经日趋成熟。[w彭人勇,姚建霞采用铁氧体法处理高浓度的含镶废水,并对影响反应的2+3+pH、硫酸亚铁投加量、Fe/Fe摩尔比、反应温度和揽拌时间等因素进行实验研++左右‘2+3,H为10F〇7也0/NP21Fe/Fe究发现在p.50,eS4质量比为,物质量比‘+为0.55,反应温度为30C,攪拌时间15min化废水中NP浓度可W从42口.5mg/L降至lOmg/L下,N护去除率达到99.75%W上。d.聲合捕集法重金属馨合剂一,又称为重金属离子析出剂,重金属捕集剂等,是种能与重金属离子强力馨合并快速去除的化工药剂,其适用pH范围较宽,能与废水中的2+2+Cu、N产、Zn等重金属离子进行藝合反应,并在短时间内快速反应生成难溶的、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀,达到从水中去除重金属离子的目的,从而被广泛应用在电锻行业、电子产品行业、有色金属行业、钢铁冶炼行业、垃[61]圾焚烧厂和蓄电池厂等行业的重金属废水处理。董国文、涂新前采用水溶性氨基二硫代甲酸型整合树脂DTC巧作为藝合剂(处理不同浓度的含络模拟废水fwi,并对影响废水处理效果因素进斤研究,发现当 ̄反应时间为20〇111181〇111171^6(:1入量为11111^}1,捕集剂投加量为^3加,9在3 ̄6时96%,错的去除率在W上,出水水质可W达到国家电镶行业污染物排放标准要求。e.离子交换法离子交换通常是指采用具有特定功能的离子交换树脂与溶液中的离子所进9 合肥工业大学硕±学位论文一行的种可逆化学反应,当离子交换树脂与溶液中的特定离子接触时,溶液中的离子便会与树脂中的同性离子发生离子交换,使得树脂中的离子进入溶液,溶液心1中的离子进入树脂。离子交换法在重金属废水和含磯废处理中有着应用广泛。64[]、陆继来曹蕾等采用强酸性离子交换树脂处理含攘废水,并对其使用工艺 ̄,H7条件和处理效果进行研究结果表明,p在6的条件有利于离子交换树脂去‘15BV除镶,适宜的温度为30C,适宜流速为/h,去除效果较好。66-罗耀宗tP〇、黄安生、黄胜强等姊J用阴离子交换树脂吸附[Cu27)2],达到(回收铜的目的,但是排至废水池的焦稱酸根需石灰法除,产生大量化学污泥。Kim,DaeGun采用经过化学表面改性过后的二氧化珪过滤器对含憐废水进--3,SOHP〇行过滤处理利用i中的OH和4进行离子交换,可W达到很好的处理()2脚效果。(3)物理化学法物理化学法可W分为电化学法、膜分离法等。a.电化学法一电化学法是近几年来快速发展起来的种重金属废水处理方法,它是利用电化学的原理进行废水处理。采用电化学法处理重金属废水过程中会有絮凝、气浮、氧化和微电解等作用存在,,在实际处理过程中往往H者同时存在共同作用。电67,M[]化学法处理重金属废水己然成为国内外研究热点领域。雷英春采用电解法处理含镇废水并达到回收纯镶的目的,还对电流、电极‘,间距、pH、温度、电解时间等因素进行研究实验结果显示,在20C、电解时NH=间20min时5mm、4Cl5/L、H8.0,该、电流300mA、极距1浓度gp条件+2"下Ni的去除率为96.9/〇,处理效果很好。b.膜分离法膜分离(membraneseparation)是指在某种外力的推动力作用下,利用半透膜的选择透过原理进行分离W及浓缩的方法一。这里的半透膜是种具有选择性分离功能的材料,按照分离推动力的来源及半透膜种类的不同可W将膜分离法分为电渗析法、反渗透法、超滤、微滤、纳滤等,利用半透膜的选择性分离可W实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。膜分离技术在废水净化中得到广泛应胤馴。72胡齐福[]、吴遵义等采用反渗透膜(R0)处理电锻含镶废水,通进两级反渗透膜将电锭镶漂洗水浓缩50W上,透过液继续作为漂洗水用水,浓缩液则通一步浓缩后回用过蒸发器进,该系统实现有价资源的回收和废水的循环利用。严小轩、向琳采用双膜法(超滤+反渗透)对商浓度含憐废水进斤处理,考2+P、察了该方法的可行性与可靠性,经过处理过后,该法可有效去除废水中Ca、3-73P〇【]4等离子,去除率可达到80%^上。74[]也有资料介绍反渗透法,用管式和卷式醋酸纤维膜及聚酸胺空也纤维膜处10 1绪论理,,铜和焦磯酸盐的截留率都较高但认为在处理过程中焦磯酸盐可能转化为正一75磯酸盐,而正磯酸盐在封闭循环系统中旦积累至/L上将严重影响槽液g[巧]的性能。(4)生物法生物法对废水中的重金属离子和TP均有去除效果。生物法处理重金属根据其原理差异可W分为生物絮凝、生物吸附、生物化学7677[,]和植物修复法。生物絮凝法是利用微生物代谢的中间产物对重金属产生絮凝一种生物处理技术。目前>1对重沉淀的作用而除去重金属的,已有多种微生物可1^金属产生絮凝沉淀的作用。段晓军、许燕滨等在处理印制线路板生产废水中利用PS1生物技术处理含铜废水,并对影响铜离子去除效果的因素进行试验研究。生物除磯的原理:废水在生物处理中在厌氧条件下聚磯菌的生长受到抑制,,,为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磯酸盐,同时产生利用废水中简单的溶解性有机基质所需的能量,称该过程为磯的释放。进入好氧环境后,活力得到充分恢复,在充分利用基质的同时,从废水中摄取大量溶解态的正憐酸盐,从而完成聚憐的过程。将送些摄取大量磯的微生物从废水中去除,即可达到除磯的目的。DawenGao、HangYin、LinLiu等研究了SBR工艺中反应池静置时间对除磯效果的影一响,,并得出憐浓度较低时可W延长静置时间旦含磯浓度増加长时间的静置则79[1会使系统的运行变得不太稳定。(5)其他方法LDH口0,81]国内外有研巧采用合成层状双氨氧化物)(对废水中的磯进行吸附,心】向焦憐酸铜废水中加入达到去憐的目的。吕律、彭书传、陈天虎等MgCk、H在 ̄AICI3,控制p810,通过形成层状双氨氧化物(LDH)去除焦磯酸盐渡铜-3废水中P〇4、P2O7K[饥(?2〇7)2]叫0TP,对P具有很好的去除效果。口3]冯绍彬H调控在2 ̄、商±波等将过量的硫酸铜加入焦磯酸铜废水中,p3,+CPO2通过产生u江2〇7沉淀回收27S过量的Cu用采用中和沉淀W及铁置换回收,+2通过处理废水中Cu可达标排放标准。其缺点是,过量铜离子再用铁置换回收,废液含铁,需中和处理去除铁,増加导电盐,増高水回用难度。1.4.4焦磯酸盛彼铜废水处理存在的问题通过对焦磯酸酸盐锻铜废水处理技术的分析对比,可W发现W下问题:4-2+①废水难处理达标:焦磯酸盐锭铜废水主要污染物是P2〇7Cu和,采用传统的重金属废水处理方法处理效果不甚理想,且对憐没有去除效果,甚至会产生大量的化学污泥,若不妥善处理易于造成二次污染;⑨处理工序复杂一:采用单的处理工序处理焦憐酸盐壊铜废水,出水中铜或总磯浓度难W达标一,需要结合其他工艺进行进步的处理;②造成资源浪费,:焦磯酸盐锥铜废水中含有大量的磯和铜若能予W回收利11 合肥工业大学硕±学位论文2+T用则能降低废水处理成本,目前的处理方法采用化学沉淀法将Cu和P去除,产生大量的化学污泥,造成二次污染,还造成资源的浪费。,则会使焦磯酸盐敏铜废水处理得到质的变化针对这竖问题若能妥善解决,推进焦磯酸盐电锻行业的进一步发展。1.5课趣意义、来源及内容近几年来,家电行业、汽车行业、电子行业的快速发展,使得印制线路板的市场需求不断増加。根据有关统汁数据,2011年全球电子整机产品产值高达15,970亿美元,印制电路板行业的全球产值约为554.09亿美元,从2006年开一一CB2012始,中国就超过日本成为全球第大P制造国,年这比重已经上升到39.78%。2012年,中国大陆地区的PCB产值约为216.36亿美元。可见,印刷线路板行业的市场需求么大。印刷线路板生产采用的电银铜工艺主要是是焦磯酸盐锻铜工艺,该工艺会产-4P6-生大量的焦碟酸盐银铜废水,该废水主要污染物为P2〇7和[Cu2〇7)2中,(],其-=XH9K1.0)且废水TP含铜络合阴离子的不稳定常数fs,铜处于较稳定状态,。浓度较高,给焦憐酸盐馈铜废水的治理带来了困难针对该电缠废水采用传统方一。法处理焦磯酸盐镶铜废水可W取得定的效果,但存在诸多不足目前,焦憐酸盐辕铜废水的处理技术研究多是W化学沉淀法进行处理,出水水质往往不能达一,,对该废水中的铜磯没有回收利用,标,需要进步的处理而且造成资源的浪。费,因而亟需对焦磯酸盐电渡废水处理方法进行新的探索和完善本课题来源于华纳国际(铜陵)电子材料有限公司焦憐酸盐银铜漂洗废水处理项目。在谏题研究中,掌握电辕废水的来源从及处理方法,,通过查阅相关文献并针对焦磯酸盐馈铜废水的处理技术进行研究,分析对比了焦麟酸盐锻铜废水各,H、加药、去除率等因素对处理效果影响处理方法的优劣探巧了p量,并针对该废水提出一种全新的处理技术。课题研究主要内容包括:①结合生产资料分析测定各废水主要污染物浓度,-C2+4如u、P2〇7、TP等,根据相关文献选用不同的处理方法分别对焦磯酸铜废水进行处理、氯化铜法等W去,如氯化巧法、化学沉淀法、硫酸亚铁共沉淀法;⑤除率、药剂成本等为指标分析对比各处理方法的优劣,,得出较优处理方法并探巧了pH、加药量、反应时间等因素对各处理方法处理效果影响;⑤针对硫化沉淀法尝试考察其反应动力学特征,拟合动力学方程;④借鉴氯化铜处理焦磯酸盐被铜废水的原理,,尝试采用氯化锋法处理锋镇废水并探究pH、加药量、反应时间等因素对处理效果的影响。21 2实验材料与方法2实验材料与方法2.1实验材料2丄1实验废水(1)实际电锻废水实验用焦磯酸盐辕铜废水和锋镶废水均取自铜陵某厂锻件淋洗水,水质指标如表2.1。21表.实验用废水水质Table2.1Theexerimentalwastewaterualitpqy2++---i+.i2iN2i废水种类pHCu/mI/Zn/(mi/mLTP/mgL(g)g)(g)(〇——?含铜废水99.545.74144.38—-锋縷废水1010.522.5084.55^(2)模拟电锻废水-2+实验过程中采用硫酸铜(CuS〇45也0)制备出与实际电锭废水Cu浓度C2+u4574相同的模抵含铜废水,W各后续对比实验使用,模抵电锥水质指标::.LH=m/5.6〇g;p2丄2实验药品与仪器实验中所用到的主要化学试剂和仪器见表2.2、2.3。表2.2实验所用试剂Table2.2Theexperimentreagent试剂分子式规格生产厂家氨氧化钢NaOHAR国药集团化学试剂有限公司浓硫酸吐S〇4AR上海苏懿化学试剂有限公司CuC.氛化铜b2H20AR广东灿头西晚化工厂氯化巧CaChAR西陳化工股份有限公司氨氧化巧CaOH2AR扬州沪宝化学试剂有限公司()氯化锋ZnCbAR国药集团化学试剂有限公司N?硫化納asS9出0AR无锡市展望化工试剂有限公司CU?硫酸亚铁FeS7出0AR国药集团化学试剂有限公司KPO?3比0AR天焦憐酸钟427津市福晨化学试剂厂-硫酸铜CuS045H2〇AR合肥工业大学化学试剂厂过硫酸钟K2S2OS国药集团化学试剂有限公司^13 合肥工业大学硕±学位论文抗坏血酸C6陆〇6AR国药集团化学试剂有限公司00?笛酸较(NH3)6M7244祀0AR安徽精钥化学试剂有限公司酒石酸铺钟KSbC4H4〇7AR天津市光复精细化工研巧所憐酸二氨钟KH2PO4AR国药集团化学试剂有限公司摘酸HN03AR上海苏懿化学试剂有限公司nS〇?硫酸锋Z47吐0AR无锡市晶科化工有限公司S*硫酸镶Ni〇46H2〇AR台山市粤侨试剂塑料有限公司纯钢CuAR天津市致远化学试剂有限公司纯儀NiAR天津市致远化学试剂有限公司纯粹天津市致远化学试剂有限公司^^表2.3实验所用仪器Table2.3Theexperimentinstrument仪器名称m生产厂家离速台式离也化TGL16G杭州汇尔仪器设备有限公司AB--分析天平104N梅特勒托利多仪器有限公司六联磁力加热攪拌器JM金坛市金城国盛实验仪器厂pH计PHS-3C上海精密科学仪器有限公司可见分光光度计722E上海精密科学仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱102山东潍坊精鹰医疗器械超声波洗冻器KQ5200E良山超声波仪器手提式压为蒸汽灭菌器YXQ-SG46-280SA杭州汇尔仪器设备有眼公司原子吸收分光光度计TAS-990rAFsupeG哈尔滨金环水工业设备有限公司2.2实验分析方法21.2.总稱含量的测定实验过程中总磯的测定采用的是钢酸按分光光度法。该方法测定浓度范围为00-.10.6m/L,适用于地表水及王业废水总憐的测定g。(1)试样空白按1^^下的测定步骤用蒸馈水代替水样,并加入与测定水样相同体积的试剂。(2)测定步骤在中性条件下,向己经适当稀释的25mL水样中加入4mL过硫酸钟KO压蒸汽灭菌锅中’(2S28)溶液,并置于高,在120C的温度下消解半小时后停,待压力降至零时止加热,自然冷却,取出消解水样冷却,并用蒸馈水定容至标14 2实验材料与方法.线。向消解后的溶液中加入ImL抗坏血酸溶液,30S后再加入2mL钢酸盐溶液,室温下放置15min3cm00m的波震荡充分混合后,使用玻璃比色皿,在7nTP。长下,W水作参比,测定吸光度,并根据标准曲线计算浓度(3)标准曲线的绘制取7支50mL的比色管分别加入0.0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0的浓度为2mg/L的磯酸盐标准溶液,加水至25mL刻度线,按照测定步骤进行处理,,,W水作参比,测定吸光度扣除空白式样的吸光度绘制W磯含量对应吸光度的21曲线,如图.。0.7J1=y...nc0687x+0004-0.5立*-10-4I。3-臣-。.2''10^100.20.4〇乂0.81吸光度21图.TP标准曲线F2.1ThndaofTPigestardcurve2.2.2铜、巧、镶离子的测定金属离子的测定采用火焰原子吸收分光光度法进行测定一。该方法可用同试样测定多种金属元素,测定速度快、准确、干扰少。(1)测定原理将含有待测金属离子的试样通过原子雾化系统喷入载气中,并随着载气进入火焰中,使得金属离子在火焰中离解成基态原子,当空也阴极好发出与待测金属离子相符的特征波长时,便会被火焰中基态金属原子所吸收,使得光强变弱。在一定的浓度范围内,空也阴极灯发出的特征波长的光强变化与火焰中的金属原子一浓度有定的线性关系,从而可与试样中待测金属离子的浓度有线性关系。(2)测定条件及测定浓度范围表2.4知、Zn、Ni测定条件及测定浓度范围Table2.4Determinatio凸con出tionandconcentrationrangeofCu,Zn,andNi丄-"元素分析线波长/nm火焰类型测定浓度范围/如g ̄-Cu324乙块空气,氧化型.055.70Zn2-05-^乙块空气,氧化型.0115 合肥工化大学硕女学位论文-23乙空气003-8Ni烘,氧化型.^(3)测定步骤①金属标准溶液制备:准确称取经酸洗并干燥后的纯金属0.5g,在50mL(1+1)硝酸中进行溶解,必要时可采用加热促进完全溶解,用蒸馈水定容至500mL,此时金属溶液浓度为1g/L,取适量此溶液用0.2%稀HN03稀释制备金属标u、Zn、N0、10、10m。准胆备液,配制的标准溶液每升含Ci分别为5g00mL②标准曲线:取适量上述制备的金属标准使用液,加入到1容量瓶中,用0.2%稀HN03进行稀定容,制备不同浓度梯度的金属标准溶液浓度系列,浓度系列如表2.5。接着按照表2.4选择分析波长,并调节火焰,采用0.2%稀HN03调零,测定各标准系列吸光度,并用经空白校正的各标准的吸光度对标准的浓度作图,绘制出标准曲线。表2.5金属标准系列浓度Table25Mealconcenraionostandarseries.tttfd标准系列各金属浓度m’O金属种类/(gI/u00.C.250.501502.505.00Zn00.050.100.300.501.00Ni0\M8.00^^^;按照表2.4选择相关参数,并用化2%稀HN03调零?样品测定,分别吸入空白样和试样,测量试样吸光度,并根据标准曲线计算试样金属浓度。2.3实验肉容华纳国际),(铜陵电子材料有限公司焦磯酸盐辕铜废水为实验研巧对象2+WTP,、Cu为分析指标采用硫化沉搪法、中和沉淀法、硫酸亚铁法、氯化巧法、氨氧化巧法、氯化铜法及活性炭吸附法分别对其进斤处理,探讨研巧了H、p药剂投加量、反应时间等因素对各种处理方法处理效果影响,从而得出较优处理。参数,对比各处理方法优劣2.4实验旅一取适量废水置于烧杯中,将预先配置的定浓度的药剂溶液缓缓加入烧杯一一中,调节pH,00r/min,揽拌反应定时间后取定量水样在100转速下离如后,-(取水样上清液测定金属离子和TP浓度,按式21)计算金属离子和TP去除率,并通过改变药剂投加量、pH、反应时间等因素进行各单因子对实验效果影响程度的研巧。C-C〇'=-〇欠xl〇〇/〇2-1()C〇16 2实验材料与方法民一金属离子或总磯去除率;C—o金属离子或总磯初始浓度;C—t时刻浓度。t金属离子或总磯17 合肥工业大学硕±学位论文3焦雜酸盐锻铜废水处理技术研究电镶行业因其行业规模、生产废水量、污染物的复杂性及危害性,与石化行一业、制药行业并称为当今全球H大污染行业之,就我国而言,全国的电锭厂每3年排放的电镶废水约有40亿m,废水中不但含有酸、碱、氯化物等剧毒性的污染物,而且有Cr、Zn、Cu、Ni、Cd等重金属离子,若未经处理直接排放会对周,危害人类身体健康边水体造成难W估量的污染。针对重金属废水有多种治理方法,W物化法应用最为广泛。本课题W焦磯酸盐电链漂洗废水为研究对象,采用,多种物化法进斤处理研巧,分析对化各方法的优缺点为工程实际应用提供参考借鉴。3.1中和沉淀法处理焦稱酸盐锥铜废水实验研巧3丄1实验原理除少数碱金属,大多数的金属氨氧化物属于难溶沉淀物,水解中和沉淀法正,其典型的反应式为是利用送点脱除重金属离子:n+-=Me+?OHMeOHn3-1()I()金属氨氧化物的溶度积为:"^-K=-"sMeOH?MeOHp[()][][]口巧而水的离子积为:-+-.14=〇H=XKw町110[]]口却-由式3-2)3)(与(3可推出:-M。KM-s0lele巧"lOHg[平gp[(n]g[]=KM+-lgs[e(OH)?]+?lg[H]?lKwpg=MeOH--nHlgKspn?lgKwp_[()]口4)3-4)可由式(W推出金属氨氧化物沉淀pH与金属离子浓度的关系式;-"+H=-M-M-14+OH5lgKsele口)pp[()n]g[]nn,H由此可知对于重金属离子废水,只需调节废水p值就可将重金属离子从废水中W氨氧化物的形式脱除,通过《兰氏化学手册》可查得金属氨氧化物溶度积Ksp和沉淀押,见表3.1。18 3焦磯酸盐辕铜废水处理技术研充‘表3.1常见金属氨氧化物25C下的溶度积及沉淀pH,Table.mmonm幻alhdroxidereditionlubilitroducunder25Candreiation31Copta…ytdtypppp押金属氯氧化物溶度积Ksp开始沉淀pH完全沉淀pHL ̄^1mol/10moiyL2+x-20饥2.2104.677.17+-x15NP20105.6.659.64x-38^.010^^CuP〇*^焦憐酸盐渡铜废水中钢是W络合阴离子(27)2形态存在,该络合离子的-92+=x不稳定常数Kfgl.〇l〇,在采用水解中和沉淀法脱除Cu的过程中生成的KV=x-"Cu047.6l〇,不稳定常数更小,说明该配位离子在[(巧产的不稳定常数g溶液中更稳定。根据W上原理,通过向焦憐酸盐潑铜废水中加入氨氧化钢溶液,2+调节pH值将络合物破除,使得Cu游离出来并通过打1(0巧2的形式去除。反应式如下:知-心=CuP〇+20H加2P0-272]02片27口6[()(巧)3丄2实验方法(1)实际电辕废水处理:用量筒取焦磯酸盐电辕铜废水250mL置于500mL烧杯中,用预先配制好的10%稀氨氧化钥溶液和10%稀硫酸溶液调节废水pH分2+78910111230别为、、、、、,攪拌反应min后,取样离也分离测定上清液Cu和TP浓度。U?)模拟含铜废水处理1.78675H20)0:称取硫酸铜(CuS化加入到1gL去离子水中,充分混合溶解备用。用量筒取模拟含铜废水250mL置于500mL10%10%H烧杯中,用预先配制好的稀氨氧化钥溶液和稀硫酸溶液调节废水p分+28、别为6、7、、9、10、11,揽拌反应30min后,取样离屯分离测定上清液Cu浓度。3丄3实验结果分析与讨论实验结果如图3丄1、图3丄2所示。从图3丄2可看出采用中和沉淀法处H的2+浓度逐渐降理简单重金属废水可W达到很好的处理效果,随着p升高,Cu2+低,在将阳调至7时,Cu浓度从原水45.74mg/L降至2.28mg/L,去除率达2+1Cu99/L,到%%,当pH调至0时,去除率达到%,浓度降至0.14mg满足电德污染物排放标准0.5mg/L要求。但当采用中和沉淀法处理焦磯酸盐辕铜废水+2时效果却并不理想,从图3丄1可W看出,随着pH的升高Cu浓度逐渐降低,2+一<=10ll但降低梯度并不大,pH时,Cu残余浓度直在40mg/L波动,在pHC2+时,u浓度降至巧.84mg/L,去除率仅40%,经中和沉淀处理后,不能达至标19 合肥工业大学硕db学位论文2+准排放。这是因为在模拟含铜废水中Cu是W游离形式存在,有利于中和沉淀反应进化而在焦磯酸盐锥铜废水中2+由于饥是W络合离子的形式存化阻碍了中C2+u和沉淀反应的进行,降低了中和沉淀法对脱除效果。:化9.如巧-/'40-968■\'1;':5:':"''':\("'’'' ̄2*-25—-'扣浓度如?''fif登4。^扣浓度ti登.{V/5V‘?*一u除率去除率4.A36:;;|;^|請I];〇32ii另亩;;2\;;/;:;281--0I.…:-*1?1J[ ̄I111?广??T ̄2411-5017878910111267891011HHpp丄2+图3丄1中和沉淀法处理焦憐酸盐辕铜废水图32中和沉淀法处理模拟含铜废水Cu2+Cu脱除效果脱除效果2+2+Fig3.1.1RemovalefectofCuofKg3.1.2RemovalefectofCuofsimulatedpyrophosphatecopperplatingwas化waterbywa巧ewatercontainingcopperby打eutralizationneutralizationpredpitatio打precipitation3.1.4本节小结采用中和沉淀法处理重金属废水一,操作简单,处理效果稳定,是种常见的水处理技术,在工程上被广泛采用,但是在实际应用中应注意几个方面;①中和沉淀法是通过调整废水pH在碱性范围来脱除重金属离子,会造成处理后出水pH偏高问题,在排放前需要对pH进行调整;②不同的重金属离子都有各自的沉淀pH范围,当废水中有多种重金属离子H>,、S时,应注意严格控制p,进行分段沉淀W防某些重金属离子(Zn、Ibn、AI等两性金属)的再溶解;③中和沉淀法处理焦磯酸盐被铜废水和模拟含铜废水的对比实验可知,处理一达单铜离子废水,去除率高99%W上,但对络合铜的处理效果并不理想,去除40%一一左右,采用单的中和沉淀法并不能使该废水处理达标率仅,出水需要进步处理。3.2硫酸亚铁法处理焦稱酸盐锥铜废水实验研巧3.2.1实验原理(1)氧化还原作用2+硫酸亚铁中的具有还原作用的二价Fe在H值2?3p为条件下可W将水中一+u一二价打户还原为,性质价亚铜离子C利用这,向焦稱酸盐锻铜废水中投加++2还原为CFeS〇4,将络合阴离子形式存在的Cuu,造成络合离子的不稳定,再20 3焦稱酸盐锻铜废水处理技术硏巧+-H调至 ̄将废水p89,Cu会与0H结合为氨氧化亚铜CuOH沉淀,而氨氧化亚铜进一〇沉淀:步脱水形成氧化亚铜CU2,从废水中脫除。具体反应方程式如下+-2=Fe+20HFe0(巧4(3-7)---FeOH+〇He=eOH-(38)F4()2()和2+-3+心2CuP〇+2F+20H=-27)2eCu2〇+2Fe卡4P207+此0(39)[(]丄+-3F=0e+20HFe(3i-巧(3i〇)(2)共沉淀作用共沉淀作用是指当溶液中含有两种或多种均匀存在的阳离子时,通过向溶液一,H中投加沉淀剂或者调整p,经过沉淀反应后,得到各组分均的沉淀物,并-可引起某些可溶性物质的一起沉淀ac2。比如,采用Bk沉淀含有S〇4的溶液时,++3若溶液中含有K、Fe等离子存在时,在沉淀条件下本来是不会发生沉淀的可溶性的硫酸钟KS0SO一4和硫酸铁F的部分会随着硫酸锁B化〇4的沉淀(如也会有而被夹带沉淀下来,作为杂质混于主沉淀中。共沉淀产生的原因:①表面吸附作用:因为沉淀物的表面电荷没有达到中和而产生剩余电荷,剩余电荷又会对溶液中带有异性电荷的离子产生吸引吸附作用。②包藏作用:在沉淀反应的巧程中,由于沉淀剂投加速度过快,或者沉淀剂浓度过高,在沉淀颗粒表面吸附的异性离子有可能会因为来不及被主沉淀晶格所替代,就会被后来沉积下来的离子所覆盖,使得其他离子混入主沉淀内部,这种现象叫做包藏,也叫做吸留作用,而由包藏作用所引起的共沉淀同样遵循表面吸附规律。⑨混晶的生成:在沉淀过程中,若溶液中存在可[^替代主沉淀中阴、阳,主沉淀中的阴阳离离子的具有相似电荷I、相似半径的离子在晶形形成过程中,而形成混晶子就有可能被替代。利用化学共沉淀法处理重金属废水早已有相关研究,刘俊华,薛澄泽根据化学共沉淀法的原理WFeS〇4和AlCb作为沉淀剂处理含有Cu、化、Cr、Cd的重-铅水解共沉淀法即使合成阴离子粘±金属废水。陈天虎等利用镑(LDH)处理焦稱酸盐馈铜废水,脱除废水中的磯。阴离子粘止又称作层状双氨氧化物(LDH),分子式为:"側.。阔2][刪++^+其中和M为二价和H价金属阳离子,处为层间阴离子,X为始/M+(始+摩尔比。在沉淀物晶形中,部分二价金属阳离子被H价金属阳离子所替代造)成正电荷的富余,需要引入带有负电荷的阴离子加平衡,而阴离子粘王层的阴一离子又可被其他阴离子所置换,这原理使得阴离子粘王吸附剂在环保领域得到大量关注和研究。在采用硫酸亚铁处理焦磯酸盐锻铜废水过程中二2+,价Fe的还原作用破除含2+,使CuH值为碱,0H、铜络合阴离子游离出来,并通过调节废水p性生成Fe()321 合肥工业大学硕±学位论文一Cu0H,(沉淀,两种沉淀相互作用发生共沉并对焦憐酸根产生定程度的嵌入)2吸附作用。322..实验方法(1)硫酸亚铁投加量对实验效果影响:用量筒取焦憐酸盐电错废水250mL?置于500mL烧杯中10%稀硫酸溶液将H231min,用p调至,快速揽拌,投8%FeS〇v7也02、2.5、3、3.5、4、4.5mLmn加的溶液分别为,揽拌反应30i后,10%的NaOH溶液调节pH为乂0,快速攒拌10min后,静置沉淀24h,取样离也分离,测定上清液打户和TP浓度。(2)pH对实验效果的影响;用量筒取焦憐酸盐电锻废水250mL置于500mL?烧杯中,用10%稀硫酸溶液将pH调至23,快速揽拌1min,投加8%的FeS〇,7304此0溶液4mL,攪拌反应min后,用10%稀氨氧化纳溶液调节阳分别为7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11,快速攪拌10min后,静置沉淀24h,取样离也分离,测定上清液打产和TP浓度。(3)沉淀时间对实验效果影响:取焦憐酸盐电锻废水250mL置于500mL ̄,10%稀硫酸溶液将脚调至231m烧杯中用,快速揽拌in,投加8%的?68〇,7,3〇114此0溶液分别为4111£揽拌反应11111后,0%稀氮氧化钢溶液调节pH为9.0,快速揽拌10min后,静置沉淀10min、30min、1.0h、4.0h、8.0h、2+12.0h、16.0h、20.0h、24.0h,取样离也分离,测定上清液Cu和TP浓度。3.2.3实验结果分析与讨论(1)硫酸亚铁投加量对实验效果影响2+从图3.2.1和图3.2.2可W看出随着硫酸亚铁投加量的增加,Cu和TP的脱2+除效果越来越好。在硫酸亚铁投加量为2.0mL时,经处理后的废水Cu浓度和4m〇TP浓度分别降至为5.9/L、117別m/L,去除率分别为87.018.57/〇gg%、1,C2+当硫酸亚铁投加量为3.0mL时,经处理后的废水u浓度和TP浓度分别降至2+12mL、L,977%、8%TP为.0g/89.24mg/去除率分别为.7%.1,Cu浓度和浓度2+快速降低,而在投加量为4.0mL时,经处理后的废水Cu浓度和TP浓度分别降至为0.68mg/L、挑.;29mg/L,去除率分别为98.51%、38.84%,打户浓度和TP浓度基本稳定。22 3焦磯酸盐渡铜废水处理技术研究.1孤120451I1 ̄ ̄化"^\5;;尸\39;一繼^"-翻.\/923■-0^P?去除車.T去除率A1抓?I義乂;27霞-tI\:::1|;::V1/孤^/\人-?—-.. ̄ ̄■化;-S6;111.1I'111I■1—〇185115么0么53.03.54.04.6么02.5么03.54.04.5L硫酸亚铁投加量/mL)(硫酸亚铁投加量/(m)图3.2.1硫酸亚铁投加量对打卢脱除效果图3.2.2硫酸亚铁投加貴对TP脱除效果的影响的影响Fig3.2.1InfluenceofferroussulfatedosingFig3.2.2Influenceofferroussulfatedosing2+quantityon化eremovalofCuquantityon化eremovalofTP,)L若将8%硫酸亚铁(FeS〇47味0溶液体积投加量(m)用质量浓度(g/L)32表示,则硫酸亚铁用量对焦磯酸盐锻铜废水处理效果的影响见表.。表3.2FeS〇47H2〇质量浓度对焦憐酸盐银铜废水处理效果的影响T.able3.2InfluenceofFeS〇47H2〇concentrationonthetreatmentefectofhoshateco巧ppppnwasewalatigtterp-,0,iF巧047H2用量/L(g)0800112128.44.640.為6..12+.15.943831.00.5如浓度姐1/.20.720.689/(复)2+〇87.0191.6397.77984351981Cu去除率//〇.98..7()--i117.L.5696.99892489.6588.298798TP.浓度/(mg)〇18.82389巧.9138.853907TP/〇.5832.1.去除率(/)(2)pH对实验效果的影响50045.5r.1.I-\110\t3;:〇覆:3,I浓度"'[[.^饥去除率TP§2.5A添義去除率I指八:ii:0.5妨-:88{■瓦57.07.58.08.59.09.510.010,511.011,56.57.07.58.08.5江09.510.010.511.011方HHpp3.2u.24图.3沉淀pH对C叫晚除效果的影响图3.沉淀pH对TP脱除效果的影响Fig3.23InfluenceofpreciitationHonFig3.2.4InfluenceofprecipitationpHonpp2+theremovalofCu也eremovalofTP2+由图3.2.3和图3.2.4可技I看出随着沉淀pH的升高,出水中Cu和TP浓度23 合肥工业大学硕±学位论文+2,8Cu.64m/L、越来越低在押值为.0时,出水中浓度和TP浓度分别降至2g ̄"96,,.70m/L去除率分别为94.22%、巧.02%H值在8.09.0间g,p出水中Cu和TP浓度快速下降为0.80mg/L、88.29mg/L,去除率分别为98.25%、38.85%,2+2+在pH>9.0时,出水中Cu和TP浓度趋于稳定,饥浓度低于Img/L,去除率在98%W上,TP浓度在87mg/L上下波动,去除率在40%上下波动。+H关系到重金属离子能否水解沉淀完全,根据《兰巧手册》知p,Cu溶度积-K+=-Ks2.X10,根据式(35)计算Cu开始沉淀和完全沉淀阳;p++'=^L=知完全沉淀浓度为[Cu]10mol/,nli则完全沉淀pH为=-M"^pH14+lgKsp[Me(OH)n]lg[e]=一+14+lgKsCuOlCup[巧g[]--'S=XW14+lg口lOllOg=5.302+2+3+同理可计算Cu、Fe、Fe的完全沉淀pH;2+-2〇=X=Cu溶度积Ksi2.21〇,完全沉淀H7.17;pp2+-M==Fe溶度积Ks2l.6X10,完全沉淀Hl0.10;pp-3+=w=Fe溶度积Ksp34XlO,完全沉淀H3.53;p2+H大于为了能够使得溶液中存在的Cu沉淀完全需要调节7.2.3p.17,从图3=2+可看出,在pH8.0时,溶液中残留Cu浓度为2.64mg/L,去除率高于94%.与理论相符,,H升高有利于重金属离子的水解沉淀而且p,既是有利于阴离子粘±的形成,根据相关研究知阴离子粘±作为吸附剂对含氧阴离子具有很好的吸TP一附效果,实验结果中的脱除正印证了这点。(3)沉淀时间对实验效果影响巧2.0991501]1J1前.了.孤960:一;二\-h-1'4^9512。+Cu浓度完|V+TP浓度;講|"I.— ̄扣去除率94.-一_.110町去除率艳12.巧I|^|"i。.'"’:|ViI:/X.?^8-撕化一---Ni巧^.0■——— ̄ ̄————_———0>?_?I_1—I—>—I—11■_I__IJ__■_I119080^i ̄? ̄IIII?J.I■I_?1^gL048121620240481216如24时间/(h)时间/(h)2+图3.2.5沉淀时间对Cu脱除效果的影响图3.2.6沉淀时间对TP脱除效果的影响Fig3.2.5InfluenceofpreciitationtimeonFig3.2.6Influenceofprecipitationtimeonp2+theremovalofCutheremovalofTP2+从图3.2.5和图3.2.6可W看出,随和沉淀时间的増加,出水中Cu和TP浓=2度越来越低,1h间u././沉淀时间T,C呼材量从原水4574mgL下降到09mgL,=而TP浓度变化并不明显,沉淀时间T4h时,出水中打户为0.75mg/L,去除>率在98%W上,TP浓度为124.巧mg/L,去除率仅为14%不到,沉淀时间T4h24 3焦磯酸盐链铜废水处理技术研究2+时,出水中Cu浓度较稳定,均小于Img/L,TP浓度逐渐降低并趋于稳定,在=沉淀时间T24h时,TP浓度降低至88.29mg/L,去除率为38.84%。从图3.2.5分析可知2+,重金属离子Cu脱除较快,沉淀Ih就基本稳定,而对于TP则需要较长沉淀时间,这与二者去除机理有关。3.2.4正交实验(1)正交实验设计为进一步确定硫酸亚铁法处理焦磯酸盐电辕废水中各因子对处理效果影响程度的比重大小,根据单因素实验选取pH、投加量、沉淀时间H个因素,每个33.3。因素选取H个水平,设计正交实验[L9(%,见表L3表3.39(3正交实验设计表)3Table3.3ThedesignoforthogonalexperimentLs:3()水平mF’pHeS〇47也0投加量/mL)沉淀时间/h(()1.02mn70.10i28.50.31312^2d2实验结果()一正交试验结果如表3.2.5所示,其中K、K、KH行数字分别不同因素同i2j+水平对应的Cu2去除率之和一;II、12、bH行数字分别表示不同因素同水平对应的胖去除率之和;民1、民2两行分别是由K组和民姐数值计算所得的极差,具体数值见表3.4。表3.4正交试验结果表Table3.4Theresultoforthogo打alexerimentp试验号去除率/%SI()HA2+()投加量B)沉uTPp(褲时间(C)C92..20092111122295.121.441313397.4018.87496.0235.4822352310.239477746212.0.了33298231.8394.03288313.8925 合肥工业大学硕女学位论文9760084932..1284.72281.0028634K.i287.34288.742883K.12K289.86292.17287.453民1.713/720.60因素主次:B>A>C1121.2330.551.991%45.764.011.巧2315.24.620%8313R2^因素主次:OB>A^(3)极差分析一极差民是同因素H个氷平的K均值数据中最大值与最小值么差,极差值,通常就是主要因素越大就说明该因素对实验效果影响程度越大;而极差越小就说明该因素对实验效果影响程度越小,通常就是次要因素。通过对各因素极差值+2R。3.41大小对比排列,便可抖分析出各因素间主次顺序由表可^看出,当1^如去除率为指标进行分析时,兰个因素的主次顺序为;FeS〇v7H2〇投加量>pH>02+沉淀时间,说明FeS〇r7投加量对Cu去除率影响所占比重较大H也,其次为p、TP去除率为指标进行分析时得出的主次顺序为;沉淀时值沉淀时间;而当68〇-7出0>H间才4投加量p,说明对于巧去除率沉淀时间所占比重较大,其次’〇H为FeS〇47H2投加量和。p(4)分析与讨论正交实验与全面实验不同,,是从全面实验中挑选具有代表性的点进行实验是研究多因素多水平实验、优化实验方案的有效手段。通过正交实验可W找出各影响因素对实验效果的影响程度所占比重的大小,并能从已做实验中选出各因素较优水平组合方案。34针对表.所得数据,W不同的指标分析得出不同的因素主次顺序,若W2+BCu去除率为指标进行分析,因素主次顺序为>A>C,根据各因素平均值K大小排列选取因素较优水平,得出较优方案为B3A3C2;同样,若WTP去除率为指标进行分析,因素主次顺序为C>B>A,较优方案为C3B2A2;W不同的指标得出的因素主次和较优方案并不相同,考虑采用指标拆开单独处理综合分析法对正交实验结果进行分析:+H值2AK因素A(p):在Cu去除率为指标时,3是较优水平值,从均值上看,取A3与A2基本相同,从极差上看,因素A重要程度仅次于主要因素B,在确定水平时应重点考虑,,A,;在TP去除率为指标时从极差上看是次要因素所从因素对指标的重要程度考虑选取A3。2+,因素B(FeS〇47H2〇投加量)Cu,B,:在去除率为指标时是主要因素26 3焦碟酸盐渡铜废水处理技术研充在确定水平时应优先考虑,从K均值上看,取B3与B2基本相同;对于TP去除IB率指标,,取化,,B是较次要指标但从均值上看与3差别很大考虑可W节约F巧Or7也0投加量,选取B27jC平。因素C(沉淀时间),C:对于TP去除率指板从极差上看为主要因素,+2ICC应给W优先考虑,从均值上看,取3与2差别很大,且对于Cu去除率指标,C为次要因素,考虑因素对指标的重要程度考虑选取C3。BCH,10F〇0综合上述分析,可W得出较优方案为A323,即p值为.0,eS47战投加量为3.0mL,沉淀时间12h。通过实验验证250mL焦磯酸盐锻铜废水,向S,7H〇溶液30废水中加入8%的Fe〇42.mL,沉淀pH值为10.0,静置沉淀12h2+T后,出水Cu和P浓度分别为0.72mg/L、88.35mg/L,去除率分别为98.43%、38乂1%。3.25.本节小结硫酸亚铁法处理焦磯酸盐锻铜废水虽被多次研究,但在工程上很少被采用: ̄(1)采用硫酸亚铁破除含铜络合阴离子首先需要调节pH在23,沉淀过程中还需要调节pH至9.0左右,该过程需要消耗大量的酸碱,增加了废水盐度,増大了回用难度。(2)采用硫酸亚铁法处理焦稱酸盐银铜废水需要投加大量的硫酸亚铁,2+(FeS〇47比0),从表3.2.1可W看出,Cu去除率在98%W上时需要硫酸亚铁量在Ig/LW上,由于硫酸亚铁的大量加入,还会造成出,增加了废水处理成本F3+3+e,Fe327。水中含有大量的不同硫酸亚铁投加量出水中含量见图..22r--20-?Fe浓-度-/18化-/?<12/^10-/窝8-/么一"一2^;2..02.53.03.5404.5硫酸亚铁投加量/(mL)3+图3.2.7不同硫酸亚铁投加量出水Fe浓度变化曲线3+F换2.7Variationof化econcentratio打ofFewithdiferentferroussuaeoseslftdagC2+(3)采用硫酸亚铁法处理焦憐酸盐银铜废水对u有很好的脱除效果,去除率在98%^上,但对TP效果并不理想,并且需要较长的沉淀时间,沉淀时间在24h时TP去除率仅40%左右,因而在工程上并不适用。(4)该废水处理方法出水pH略高,需要适度调节,并且会由大量的化学27 合肥工业大学硕±学位论文。污泥产生,需要妥善处理3.3硫化钢法处理焦巧酸盐锥铜废水实验研巧3.1.3实验原理采用化学沉淀法处理重金属废水在工程上早已被广泛采用,其中最为常用且经济有效的方法是中和沉淀法和硫化沉淀法。硫化沉淀法是通过向重金属废水中2+2+加入硫化钢(NazS)或者通入硫化氨气体(H2S),使重金属离子Cu、Ni、2++-22Fe、Zn等与硫离子S结合生成难溶硫化物沉淀而去除,原理虽然简单,但采用硫化沉淀法去除重金属离子与重金属离子溶度巧Ksp有很大关系。AB难溶沉淀物?m在溶液中存在溶解平衡,平衡式为"'B=*^"Anms?Aa+fiBa()(q)(q)m+。。-"=A则溶度积表达式可W写作:KspAnBm[][]田]->"+"K一ABs其中和分别代表阳离子和阴离子,溶度积常数表示在定温度下p饱和溶液中离子平衡浓度。利用溶度积Ksp可W判断溶液中是否能沉淀物,当溶?+"■K液中存在的离子浓度积[A][B叩与溶度积sp[A?Bm]的关系分别为:A?+"n-m<KAB[]田]sp[nm]时,不会产生沉淀;m+">A>KsAnBm时,可W产生沉淀;[]田叩p[]A?+"=KsAnBm时,溶液处于平衡状态。[]田叩p[]反应过程产生的沉淀物的溶度积越小,沉淀越容易产生,残余离子浓度也就’越小。在25C条件下,不同金属离子的硫化物溶度积Ksp见表3.5。’表3.5重金属硫化物溶度积Ksp(25C)T,able3.5HeavymetalsulfidesolubilityroductK(25C)psp金属硫化物°CuSCuaS(18C)^^^--2--.x"82S^?3547K49109X109X1028Xl〇9X102Xl〇溶度积中..38..8.利用金属硫化物溶度积Ks的差异还可W分步回收重金属离子。p2+2++2+2+MCuNPFeZnSWM表示重金属离子、、、等,表示金属硫化物,其溶解平衡式:+-=22MSsMaq+Sa3-12()()(q)()+=?Ks-MSJVP13p[][]悼](3)两边同取对数Ig:2+2-MS=MllgKs+Ip[]g[]g口]快…+2=MS_2lgSlKslgM_[]gp[][]口15)-=35FeS=-=-173341KsN设20由表.计算的lgKs.;Cu.;l.6p[]lgKsp[ygp[];+ZnS=-22+2+2+15)lKs24.上数据和式(34可从计算出Cu、Ni、Fe、Zng[];由Wp28 3焦稱酸盐错铜废水处理技术研巧-22-2+1离子沉淀所需S部度,并绘制Ig[S]lg[M]图,如图3.3.所示。从图中可2+2+看出沪在低浓度是会首先与Cu发生反应生成CuS沉淀,当Cu降低至足够浓2-2+2+2+度时,S便会依次与Zn、Ni、Fe结合生成相应的金属硫化物沉淀,可见采用硫化沉淀法分离重金属是可行的。:ar^i-----206-24112840Ig的3.31金图.属硫化物溶解平衡图Fi3.3.1Thefiureofmetalsulhidedissolutioneuilibriumggpq3.3.2实验方法2+(1)硫化钢投加量对Cu去除效果影响;用量筒取焦磯酸益电辕废水250500mL烧杯中1H值为11.01mL置于,用0%稀氨氧化钢溶液调节p,快速攒拌min5%S9H〇溶液分别为1.8、3.6、5.4、7.2、9.0mL,,投加的Na22攪拌反应30?1;11后,取样离也分离,并加入1%硝酸(曲^〇3)溶液调节911<2,测定上清液2+如浓度。H2+(2)值对Cu去除效果影响:用量筒取焦磯酸盐电镶废水250mL置于p500mL烧杯中,用10%稀氨氧化钢溶液调节pH为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、?細11.0、12.01min,投加5%的NaS〇溶液分别为9.0mL,,快速挽拌s2攒拌反应3〇111山后,取样离也分离,并加入1%硝酸(陆^1〇3)溶液调节911<2,测定上2+清液Cu浓度。C2+(3)反应时间对u去除效果影响:用量筒取焦憐酸盐电银废水250mL置于500mL烧杯中,用10%稀氨氧化钢溶液调节押为11.0,快速攒拌1min,〇?510152025投加5/〇的NaaS畑2〇溶液分别为9.0mL,攪拌反应分别为、、、、、一0mL7上清液加入30min,每到段时间取出1jC样离也分离,并向分离后的1%‘硝酸(HN&)溶液调节pH<2,并保存在4C低温冰箱中,待全部取样完成,测定上清液2+Cu浓度。(4)硫化钢处理模拟含铜废水对比实验:用量筒取模拟含铜电链废水250-2+0CuOHmL置于50mL烧杯中,若调节,会造成和结合生成Cu0H阳至碱性()2H调至酸性则会造成2-S,沉淀,影响对比试验效果,若将p水解对处理效果亦有巧 合肥工业大学硕±学位论文影响,,因而为避免调节阳对反应过程将控制阳在中性条件下。通过调节投5a.90加2SH2〇溶液分别为.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7mL%的N,攒拌反30?、<2应1;11后,取样离屯分离,并加入1%硝酸(扭化)3)溶液调节口11,测定上2+清液Cu,与焦稱酸盐被铜废水处理效果作对比浓度。33..3实验结果分析与讨论C2+(1)硫化钢投加量对u去除效果影响从图3.3.2和图3.3.3可W看出,采用硫化沉淀法处理含铜废水可W取得很好的效果,随着投加量的増加废水处理效果越来越好。采用硫化沉淀法处理简单含2+,599mLCu铜废水时当%的俯成出0溶液投加量为〇.时,去除率就可W达到2+75%左右,当投加量増加至1.5mL时,Cu去除率就可W达到97%左右,浓度血时仇2+%降低至1.35mg/L,在投加量为2.7,去除率就可队&到99[^^:,浓度低于0.5mg/L,取得很好的效果;采用硫化沉淀法处理焦麟酸盐辕铜废水并没,有达到如此效果,随着投加量的増加,处理效果越来越好在投加量为1.8mLC2+2+时,u去除率仅为20%左右,当浓度增加至3.6mL时,知去除率提高到2+56.19%,继续増加投加量至9.0mL时,饥残余浓度仍维持在9.51mg/L,去除率80%不到。可见采用硫化沉淀法处理络合铜离子效果并不理想,由于大量焦磯酸根4-2+P2〇7的存在,阻碍了Cu与沪的结合,使得反应进行难度加大,处理效果下降。若将5%的Na成細泪溶液投加体积(mL)用质量浓度(g/L)表示结36果见表.和表3.7。2+表3.6硫化沉淀法处理焦磯酸盐玻铜废水Cu去除效果Table3.6Theremovaleffectofinthetreatoentofrohosatecoerlatinwastewaterpypphpppgbsulfidereditationypp--’‘N化9H0’i2+m12+〇S2用量/(gL)S/Cu摩尔比Cu浓度/(gL)Cu去除率/(/〇)0120.22.362:%.490:1.72420.0456.191.086:114.8867.471448:110.9576.06.\M9^79^+2表3.7統化沉淀法处理模拟含铜废水Cu去除效果Table3.7Theremovaleffectofinthetreatmentofsimulatedwastewatercontainingcopperbysulfidereditationpp’‘2+-i2+%Na2S9成O用量S/Cu摩尔比Ci|浓度/(mgL)Cu去除率/()1152740..81.181.00:181:1.33^^^30 3焦憐酸盐馈铜废水处理技术研巧13597.05.0.30167:1.09851.68.(U62.00:10.422.33:10.46%.990.349926082..671.4:03.00:199.37^^40如-r,0.101I"'2登巧+饥诚度占I ̄^cu浓度若"甜Y"扣班.一。去除率A一U氧;4。|4;雪I8。零妄^/v:巧:::/_0-■I.I.I■II.tIgI■■■I^Q7Q1...3....60.9.21.51.82.12.43-0.82.736455.467281江09901么7硫化钢投加量/mL硫化钢投加量/(mL)()2+2+332Cu3.3u图..硫化销投加量对去除效果影响图.3硫化钢法处理模拟含铜废水C去除效栗F33.2IenceofsoeFi333Inflceofsig.nfludiumsulphidg..uensodiumulphidedosageson2+dosagesontheremovalof如theremovalofTP ̄9022如巧rf"]j■-巧40■20\.70*一-巧.■80^/18\./.饥■巧如?过弓过巧-马\/\+打■如.复^^Cu浓度化复\+VC浓度耻-Y/70+2-+14?—如去除率-40^X^如去除率饥八5巧I友。.2。窒言吕10.;^/\/一'''''--10-10/>巧8°¥〇%5678910111213510152025如脚时间/min()2+2+图334H对Cu去除效果影响图3.3.5反应时间对知去除效果影响..p2+F3.34垃enceofHon化eremovalofCuFi3.3.5InfluenceofHontheremovalofTPig.加gpp2+(2)pH对Cu去除效果影响334可,H的増加,硫化从图..W看出随着i)沉淀法处理焦磯酸盐渡铜废水效果越来越好,但可W明显看出在酸性条件和强碱性条件下处理效果有很大差+2<29异。pH对饥去除效果的影响具体数值见表3.3.3。当阳.0时,Cu嘴度并H=2+没有明思下降,可W看成是在原浓度下波动,p6.0时,Cu浓度为44.52mg/L,2+=2+而当pH>10.0时,Cu浓度明显下降,pH12.0时,Cu浓度为9.89mg/L,去除率达到78%W上。可见pH对硫化沉淀法有很大影响,处理过程中必须调节pH2-->210.0)S在强碱性环境(pH,在强碱性条件下,水解会遭到抑制,保证S浓度,-H条件下2S.6。不同p,水解平衡各姐分所占比例见图3.3^2+而且根据相关资料,不同的pH范围,焦憐酸根P2〇7和CuW不同的络合离子形式存在:31 合肥工化大学硕女学位论文当<Cu也?4-pH5.3时,络合离子为2〇7)2];[(- ̄P当押在5.37.0时,络合离子为[CuH(2〇7)2f; ̄当押在7.010.0时,络合离子为[Cu(P2〇72]气)?-?92-=X而[饥爪〇7)2]的不稳定常数Kl10,的不稳定常数i小于[Cu(OH)4]-=x-"饥2杉7.610,不稳定常数越小越稳定,可见押越大越有利于[(0巧4]的形成,有利于Cu(OH)2产生。2+-M2+=X知与沪结合生成CuS沉淀CuS8.910远远小于Cu,其溶度积Ks],p[--2d结合生成C=x与OHu(0巧2沉淀溶度积Ksp[Cu(0巧2]2.21〇,溶度积越小越容易2+2-反应,便会有Cu与S结合生成CuS沉淀而脱除。-1rAAA.0r:,!-\\i0-+S留.6\\l人义- ̄ ̄00m■>%A.02468101214Hp2-图3.3.6S水解平衡各组分分酷系数F3.3.6Theditribuiocoefficientofhdlsisuilibriumigstnyroyeq2+(3)反应时间对Cu去除效果影响+23,Cu从图.3.5可W看出,随着反应时间的増加浓度越来越低,去除率越,。5〇0L来越高,处理效果越来越来好在%的Na2S9H2溶液投加量为9.m,反应=2+H=110,inp.时当反应时间T30m时,沉淀反应基本达到平衡,Cu残余浓度为2+2+8.59mg/L,Cu去除率为81.22%。Cu残余浓度随反应时间具体变化值见表3.8。2+表3.8硫化沉淀法去除Cu动力学相关数据Table3.8DataofKineticparametersontheremovalofbysulfideprecipitation---mnCmii----tCnlClCLm时间/(i)/(g)C〇t/(mgL〇l(Ct/C〇)(/〇/t)/(g〇045.740.000.00000.000020.9524.7978080025950..1015.7430.001.06680.0417115734.1717460064615..3.209.28%.461.巧510.08巧258.88;36.861.巧920.09078.59516724.3037.1.0094632 3焦憐酸盐镇铜废水处理技术研究2+(4)Cu沉淀反应动力学=,2+反应阳11.05%aS9出0溶液投加量为9.0mL,的N2条件下,Cu残余浓度随时间变化具体测定数值列于表3,.3.2中,通过对实验测定数据分别按照零一二-C-C--l/CC级、级反应动力学方程,、ln、In1/,级、计算出Cot(VCo)(〇〇并分别对时间t作图,并根据线性回归方法计算硫化钢法脱除打户反应动力学级数2及相关系数R.9。,具体结果见表3表3.9不同反应级数对应相关系数表Table3.9Correlationindexwith出ferentreactionorder相关系数反应级数零级反应一级反应二级反应0.85790.965709969.^从表中可W看出采用二级反应模拟硫化沉淀法处理焦稱酸盐渡铜废水动力2虽然没有达到化一学反应过程最为贴近,相关系数R999,但相对于零级反应和级反应,其模拟结果更为接近,钱性相关性更好,因而采用二级动力学方程对C2+2+u脱除过程进行拟合,即采用硫化沉淀法铜脱除焦磯酸盐锻铜废水Cu动力学方程放=吟-16鲁(3)对两边同时积分后便得到二级反应动力学方程:=c-17。)'T^d;1=t…-(31)半衰期为:而8其中2+Ct为t时刻焦磯酸盐彼铜废水中Cu残余浓度,Co为初始磯酸盐锻铜+2废水Cu残余浓度,k为反应动力学常数。=-3orn软件采3.3.4,421X10用igi用表中所列数据可W分别计算出k.L.=/,半衰期。519mmin.min,动力学拟合方程为;(g)/2尸45.74=C-'而瓦。19)3.3.5本节小结一硫化沉淀法处理重金属废水能够取得很好的重金属脱除效果,对于单重金属废水控制S/M摩尔比在2左右就可W达到很好的去除效果,实验数据显示采Cu===、H7、T用硫化沉淀法处理模拟含铜废水,在S/3p反应时间30min时,经33 合肥工业大学硕±学位论文2+处理后出水铜离子Cu浓度可达到0.5mg/LW下,去除率高达99%W上,但硫化沉淀法仍有诸多不足之处:(。采用硫化沉淀法处理简单重金属废水虽然可1^出得很好的效果,但处理络合形态存在的重金属离子效果欠佳,在处理焦磯酸盐锭铜废水时,在==T=2+S/Cu10、pH10、反应时间30mm时,经处理后出水铜离子Cu浓度为9.51mg/LW下,去除率高达80%不到,根本就不能达标,必须联合其他方法进斤处理;(2)硫化沉淀法生成的金属硫化物沉淀颗粒细小,容易形成胶体造成沉淀困难,在工程实际应用中需要采用混凝沉淀或者气浮法予分离;(3)硫化沉淀法采用的硫化剂常为NazS、HsS、NaHS等,这些药剂并不稳定,若遇酸会产生大量的H2S气体,污染环境,需要妥善化存;为防止二次污染的发生,新型硫化剂正被大量研发,如利用硫铁矿FeS2制备的FeS便可W很好的去除重金属离子;2-(4)硫化沉淀法由于需要加入过量的硫化剂,造成出水中硫离子S的富余,由于出水pH的回调会产生大量硫化氨气体(H2S),造成二次污染,而且产生一的硫化物沉淀在空气中会被氧化,存在列问题。3.4氛化巧法处理焦巧酸盐锥铜废水实验研巧3.4.1实验原理++C22^针对漂洗废水常见处理方法时,利用a、Mg等金属阳离子能与P2〇7、-P〇3形成沉淀这一Cu2+4性质进巧处理,。胡虎兴采用巧盐法处理化学镇铜废水一Cu-EDTA-、Cu脱除取得定效果,并得出:巧盐法处理NTA络合废水具有很好的效果,但对其他废水效果不甚理想。李泽昌、安海平通过向不同络合物渡C2+C2+C22+铜漂洗水中引入过量的a,控制a/u32.5,将漂洗水中与Cu整合的络2+2+OH-OH合剂转变为与Ca蟹合,使得游离出来的Cu与结合生成Cu()2沉淀被去[W1除。R卫.Wing,W.G.Rayford,W.M.Doane采用巧处理法对焦磯酸盐银铜漂洗度水a进行处理,通过向废水中加入过呈的氨氧化巧COH2,达到对打产和TP的去() ̄011155除.253,0.,经111111,当向纯焦磯酸铜溶液中投加氨氧化巧控制押在过2+001mL2mL反应后././,,可从陡出水中知和TP浓度降低至g和0g在处理实还对CaOH-CaCk组际焦磯酸盐锭铜废水时也达到相同的处理效果,他们()2合处理焦磯酸盐镶铜废水效果进行研究。可见采用巧处理法对焦憐酸盐锥铜废水进巧处理可レッ达到很好的处理效果。2+一2+在处理过程中,Cu通过两种沉淀途径进行去除,种是Cu与碱性条件下-存在的OH-结合生成C一2+4u(OH)2沉淀脱除,另种便是Cu与P2〇7反应生成的2+饥江2〇7沉蔽这是Cu脱除的主要途径,具体反应式如下:34 3焦磯酸盐馈铜废水处理技术研巧2+心2饥+?2〇7一CU2P2〇7-i(320)2++-Cu20H一Cu(OH)2i(3-21)2+4-—^2Ca+P2O7?Ca2P〇-27丄(322)2+3-3Ca+2P〇4一Ca3(P〇4)2i(3-23)2+2+2+Ca在Cu脱除的过程中起到破除络合阴离子的作用,在向废水中引入Ca2+4--3化会使得Ca与P2O7、PO4发生反应生成Ca2P2〇7、Ca3P〇4)2沉淀,反应式(-3-2223)见式()3,和(当多余的焦磯酸根被被去除,铜离子便会与焦憐酸根反应生成焦憐酸铜沉淀,由此可见,TP主要是通过形成焦憐酸铜CU2P2O7和焦憐酸巧Ca2P2〇7沉淀而去除。由于氨氧化巧溶解度较低,溶解缓慢,考虑采用氯化巧CaCk代替氨氧化巧Ca(OH)2对废水进行处理。3.4.2实验方法(1)氯化巧投加量对实验效果影响:用量筒取焦磯酸盐电彼废水250mL置于500mL烧杯中,投加Imol/L的CaCk溶液分别为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、、1.、.、1.6、.7、1.L,快速揽拌均匀0%1.341518m,用1稀氨氧化钢溶液调节2+、9,脚为.0攒拌反应30min后,取样离屯分离,测定上清液Cu和TP浓度。(2)H250mL置500mL对实验效果影响:用量筒取焦磯酸盐电辕废水于pI18mL烧杯中,投加mol/L的CaCb溶液分别为.,快速攒拌均匀,并测定P比用10%稀氨氧化钢溶液调节pH为5.5、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0,揽拌反2+应30min后,u,取样离也分离测定上清液C和TP浓度。(3)反应时间对实验效果影响:用量筒取焦磯酸盐电银废水250mL置于500mL烧杯中,投加Imol/L的CaCl2溶液分别为1.8mL,快速揽拌均匀,并测定pH,用10%稀氨氧化钢溶液调节pH为乂0,攪拌反应分别为5、10、15、20、25n一ml,、30i,每到段时间取出OmL水样离也分离并向分离后的上清液加入°1%硝酸(HN03)溶液调节pH<2,并保存在4C低温冰箱中,待全部取样完脱C2+测定上清液u和TP浓度。(4)氨氧化钩法处理焦磯酸盐被铜废水对比实验:用量筒取焦磯酸盐电锥废水250mL置于500mL烧杯中,投加固体氨氧化巧CaOH分别为0.075、()20100、12515175、、H,30m,.0.、0.0、0.0.2000.225,并测定攪拌反应in后gpC2+取样离也分离,测定上清液u和TP浓度。343..实验结果分析与讨论(1)氯化巧投加量对实验效果影响35 合肥工业大学硕±学位论文0…il1巧5IJ14.1.105如‘‘‘-100\;.12.1加-95\《:\'"■扣->巧790H5\g.二:\/?'"扣一U浓度_^町浓度I.請宣與;;IIIYiI:?::/V;:tV5//:6565-〇;^0.'0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9〇,70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9氮化锅投加量/(niL)氣化巧投加量/(mL)2+4图3.4.1氛化轉投加量对Cu去餘效果影响图3..2氯化锅投加量对TP去除效果影响F.csaes..flucacichreig34>1InfluenceofcalciumhloridedogFig342InenceoflumloidontheremovalofdosagesontheremovalofTP从图3.4.1和图3.4.2可W看出随着氯化巧投加量的增加,废水处理效果越来加2+2+越好,出水TP和浓度越来越化。在氯化钩投加量小于1.0mL化出水Cu2+lLCuL浓度快速降低,在投加量为.Om时,出水浓度降低至3.49mg/,去除率分别为92.37%,此时TP浓度为%.34mg/L,去除率为81.76%;当氯化巧投加2+?1014mLTPCu14mL量在..时.,出水和浓度趋于稳定,在投加量为时,出2+水TP和Cu浓度分别为0.17mg/L、1.78mg/L,去除率分别为99.63%、98.77%,05mLTP此时出水铜离子浓度已低于.g/,满足排放标准要求,但若要满足排放标准要求(TPclmg/L),仍需继续増加氯化巧投加量,当氯化巧投加量为1.5mLC2+uOlOL082m时,出水TP和浓度分别为.mg/、.g/L,满足排放标准要求。从2+实验结果可^^看出(:11浓度达到处理要求时,1?,当出水出水浓度并没有达标,C2+仍需要引入a对其进行处理。(2)pH对实验效果影响10^^Q2。。|[?1巧?.*1邮*91.^*9‘二岂襲率".:發!率;:;(b;寒^;零I;;)I1蓋舌含已.8。;;;/V^一/V■^0?0.76-II.II■IIIIIII■..■I78..■■■._'1567891011567891011HHpp2+图3..4.3pH值对Cu去除效果影响图3.44pH值对TP去除效果影响Fig3.4.3虹fluenceofpHontheremovalof打护Fig3.4.4InfluenceofpHon化eremovalofTP从图3.4.3和图3.4.4可W看出随着pH増加废水处理效果越来越化出水TP+和2HCu浓度越来越低。向废水中加入氯化巧溶液后,由于其水解作用,废水p2+值降为5.6,在此条件下,出水Cu和TP浓度分别为9.01mg/L、32.83m/L,g6 ̄70TP2+=2+当调节pH在5..时,出水和饥浓度快速降低,当pH7.0时,出水饥和TP浓度分别为O.Wmg/L、4.13mg/L,去除率分别为98.84%、97.14%,继续36 3焦憐酸盐锥铜废水处理研究+2+=2升高pH值时,出水TP和Cu浓度趋于稳定,当pH9.0时,出水Cu和TP浓度分别为0.15mg/L、0.57mg/L,去除率分别为99.67%、99.69%,均满足排放标H时水T2+=准要求,当继续升高p,出P和Cu浓度有回升现象,pHll时,出水2+TP和Cu浓度分别为0.巧mg/L、1.09mg/L。在低2+H条件下,焦磯酸铜和焦磯酸巧均会溶解,不利于TP和Cu去除,p2+而高pH会造成出水TP和Cu浓度的回升,通过实验数据知需控制pH在9.0左右。(3)反应时间对实验效果影响53.0r100.0.51〇1111**-■.*?〇〇遷S3.0.—\\/;:::.:;'^:^"巧■ ̄*Cu浓度么5-牛印浓度撕遷'0囊15x質晏X一"-U去除率柏除率:的'551.0:A|八|97'〇S-94蹇;/W/\Ko;""人"""/人^-^■96'5 ̄93比5 ̄?.;化0^,1■■11111■1■—?11111920I.09605101520巧3051015202530反应时间/(min反应时间/(min))+2TP去除图3.4.5反应时间对Cu去除效果影响图3.4.6反应巧间对效果影响Fi3.4.5InfluencefitiontheFi3.4.6Inflofreactiotithoreactonmeuencenmeonegg2+removalofCuremovalofTP从图3.4.5和图3.4.6可W看出,氯化巧法处理焦磯酸盐锻铜废水反应速度均=1.8mLH90时〇1虹左右就较快,当氯化巧溶液投加量为,p.,反应15可^达到2+很好的效果,出水Cu和TP浓度均可W达到电锥污染物排放标准0.5mg/L和1.0m/L浓度要求,g,并且反应过程中形成的沉淀物奶花较大沉淀速度较快,可通过自然沉降进行固液分离。(4)氨氧化钩法处理焦磯酸盐锻铜废水为对比氯化巧法处理焦憐酸盐渡铜废水2+TP和Cu去除效果,又采用氨氧化巧对焦憐酸盐锻铜废水进行处理,处理效果如图3.4.7和图3.4.8所示。从图中可2+?W看出随着氨氧化巧投加量的増加.075,TP和Cu去除效果显著,投加量在02+2+0.150TP和Cu0.150g,浓度迅速下降,当投加量为g时,出水Cu和TP浓度0.24m/L、0.17m/L99.48%、99.88%。分别为gg,去除率高达37 合肥工业大学硕±学位论文20110rI11■■-18■>***巧100,'J::\2。\/.斯■"一.92Y一U浓度;的I置Y豐裝一巧去除率.一伯除率1。e:|.胡;7。|珊"p《肖5'八己3./.2\心/84-^——1 ̄ ̄ ̄ ̄—I ̄■—_?_I ̄?—I1I—I__I—._I__.—I■_?I__I—I2IIIII—IJsoLJ的0.0750.1000.1250.1奶0.1瓦2000.0.0巧0.1000.1250.1如0.1750.2000.225巧225氨氧化巧投加量/)/(g)(ga氧化巧投加量2+3.4.7u去除效果影响图34.8TP图氨氧化钩法对C.氨氧化辑法对去除效果影响FTcaciu3.4.8ThTPri3.4.7heeffectofremovalbylmFigeeffectofemovalbgyhydroxidecalciumhydroxide为了更好的对比氯化巧和氨氧化巧对焦磯酸盐彼铜废水的处理,对二者加药2+量进行相关计算,并将计算结果列于表3.10和表3.11,表中Ca毫克数是通过理论计算而得。从表3.10和表3.11可W看出:①在氨氧化巧投加量在125mg,2+2+理论Ca引入量为81.08mg,经处理后出水Cu和TP浓度分别为5.48mg/L、2+2+4.84mg/L,而氯化巧理论Ca引入量为72mg化出水Cu和TP浓度就均已达标2+,氨氧化巧则需继续増加投加量②对比二者理论Ca;引入量发现当二者理论C2+a引入量相近时,氨氧化巧法出水处理效果均不及氯化巧法。这与氨氧化巧溶解度有关,实验过程发现,,每次加入氨氧化钩其溶解速度很慢而且经过长时间一反应仍有部分氨氧化巧颗粒难W溶解,氯化巧在这方面则优于氨氧化巧。表3.10氨氧化巧投加量对焦礙酸盐银铜废水处理效果影响Table3.10Infuenceoumroxeaonereamenffecofoslfcalcihydiddosges出tttetphphatecopperplati打gwas化water2++?-C2>ii试样氨氧化帮/mga/mgCu浓度/(mg七)TP浓度/(mg)75405477624031.1..100540512.372592.1.12567.575484.843.15081.0804.240.17517594.590.020.11620010811.1..0000922512162.1061.00.0表3.11氯化锅投加量对焦磯酸盐鑛铜废水处理效果影响Table3.11In打ue打ceofcalciumchloridedosagesonthe化eatmenteffectofphosphatecopperplatingwastewater2+2+-iCam浓度iTP浓试样氯化帮溶液/mL氯化巧/mg/gCu/(mgL)度38 3焦磯酸盐鑛铜废水处理技术研究111403.4926.3411.02122441.8312.081.112..3.1巧480999091144520.4.3374.77141巧560.171.785.61.5167600.10.821171047了.68640..96801431.718.0.820011091.8.104.33.4.4正交实验(1)正交实验设计为进一步确定硫酸亚铁法处理焦磯酸盐电镶废水中各因子对处理效果影响程度的比重大小,根据单因素实验选取pH、投加量、反应时间三个因素,每个3因素选取兰个水平,设计正交实验13,3.2。4)见表1[:]3正交实验设计表表3.12L93()T3able3.12ThedesignoforthogonalexperimentL93()水平SIpH氯化辑投加量/(mL)反应时间/(min)155.05.127.01.51539I£J^2实验结果()3一5KK正交试验结果如表.2.所示,其中i、2、KsH行数字分别不同因素同2+一水平对应的Cu去除率之和;!、12、IH行数字分别表示不同因素同13水平对应的TP去除率之和;民1、R2两行分别是由K组和R组数值计算所得的极差,31。具体数值见表.3表3.13正交试验结果表T13Table3.heresultsofor也ogonalexperiment〇试验号MM去除率//〇()H2+(A)投加量(B)沉淀时间(C)CuTPp60.2368.35111179.21212239 合肥工业大学硕±学位论文80.3081.423133422398.8497.1495.523.80巧23193.2081.2162129.549973329.573783148313化..98.719721932.1219.00245254K.80.74i*1K287.84276.02271.22290.62275642711Ks..5民U.879.955.巧>B>C因素主次:A1228232.70258.79I.98,1271.58273J6259.992279於274.22%101..73R1>B>C2^因素主次:A^^(3)结果分析通过对实验数据进行计算分别得出各因素的极差值民,对比极差值的大小,2+可得出各因素实验影响程度的大小。由表3.13计算结果来看,WCu去除率为分析指标得出各因素极差大小顺序依次为:pH>氯化巧投加量>反应时间,这说C2+明pH值对u去除率影响程度最大,其次为氯化巧投加量,反应时间影响程度最小。同样,,若WTP去除率为分析指标各因素对TP去除率影响程度大小依次为;H>氯化巧投加量>反应时间。p通过对比各因素不同水平下的去除率均值等因素,选定各因素水平。对于因AC2+TA素,不论是Wu去除率还是P去除率为分析指标,3都是最优水平值;对+于因素2B,当WCu去除率为分析指标时,选定瓦水平,当!^TP去除率为分析指标时,选定63,但B2与B3水平下的TP去除率均值非常接近,本着节约药剂+B2用量的原则,选定2水平于因素C,WCu去除率为分析指标,对比各水;对平均值,发现C2与C3很接近,当WTP去除率为分析指标时,C2与C3也很接近,C考虑节约时间原则,选定2。综合上化分析,,即pH为9.0可W得出较优方案为A3B2C2,氯化巧溶液投1515mn25015加量为.mL,反应时间i。通过实验验证:向mL水样中加入.mL2+1mol/L的CaCh溶液,攒拌反应15min后,出水Cu和TP浓度分别低至0.10%2+m/L、0.43m/L99.78、99.70%,TPgg,去除率分别高达出水Cu和浓度满足排放标准要求。40 3焦憐酸盐玻铜废水处理技术研究3.4.5本节小结40-35■厂3。.巧/t;/2。?;该。.//…:101.1.21.31.1.51.61.1.81.1479氛化巧投加量/(mL)2+图3.4.9不同氛化辑投加量出水Ca浓度变化曲线2+巧3(dfg.4.9Variationof化econcentrationofCawithierentcalciumchloridedosaesg(1)通过实验可知,采用氯化巧法处理焦磯酸盐锻铜废水可w达到很好的=处理效果,当1moI/L的CaCl2投加量为1.5mL,pH9.0,攪拌反应15min后,2+出水Cu和TP浓度分别为0.1mg/L、0.43mg/L,去除率离达99.78%、99.70%,900-2008达到电敏污染物排放标准(GB21)0.5mg/L和1.0mg/L浓度要求;(2)通过对比氨氧化巧法和氯化巧法处理焦憐酸盐镇铜废水效果发现,二2+者均能很好的去除废水Cu和TP,达标排放,但是氨氧化巧法由于其溶解度原因需要増加投药量,造成药剂浪费:2+(3)实验过程中由于加入过量的药剂,造成Ca富余,水质硬化,不利于2+出水回用,不同氯化巧投加量条件下出水Ca浓度见图3.4.9,而且处理过程中产生大量的化学污泥,,若不经处理直接丢弃会造成资源浪费,并会产生二次污染。3.5巧化铜法处理焦巧酸盐巧铜废水实验研究31.5.实验原理焦磯酸盐电锻铜工艺为人熟知己久,并被广泛应用到电链行业,针对锻液配方、操作条件被多次报道研巧,植液的主要组分为焦磯酸钟K4P2O7、焦磯酸铜CU2P2O7,典型电锻槽液姐分和操作条件如表1.1所示。焦憐酸盐辕液是典型的配位型银液,C112PO本不溶于水27,但当加入到K4P2O7溶液中则会溶解,并与K4P2O7反应生成焦磯酸铜钟松[Cu(P2〇7)2],反应式如下:-C1P+K>2KP〇-122O74P2O76Cu(272(324)[)]2+而要使CU完全W焦磯酸铜络阴离子[Cu(P2〇7)2]气^式存在,则需要过量的4-^2+焦磯酸根P2〇7,控制P2〇7与Cu的质量比为5.48:1,但在实际电锻工艺中,^2+ ̄必须保持电镶液中过量的焦憐酸根,并按制P2〇7与Cu的质量比达到7.08.5:1,W保化2+Cu完全络合,防止产生沉淀和促进阳极溶解。而焦踐酸盐电辕废水处理-关键之处就在于如何破除焦磯酸铜络合阴离子6[Cu(P2〇7)2],巧处理法就是利用41 合肥工业大学硕:f:学位论文+2^巧离子Ca与焦磯酸根P2〇7结合来中和过量的焦磯酸根,从而破除络合阴离子,2+2+使铜离子CuW焦磯酸铜Cu化化的形式沉淀下来,达到对铜饥和总磯TP的去除2+。氯化铜法与妈处理法原理相似,通过向废水中引入Cu与过量的焦磯酸根-42+P2O7结合,并生成焦鱗酸铜沉淀,达到对铜Cu和总憐TP的去除,反应式如下:-6---CuP2〇72+3C此b>2C叱P2〇7各+6C1(32^[()]〇扛+P272CuCl2一CU2P2O7i+4Ct(3-26)3.5.2实验方法(1)氯化铜投加量对实验效果影响:用量筒取焦憐酸盐电镇废水250mL置于500mL烧杯中,投加Imol/L的CuCl2溶液分别为1.50、1.60、1.62、1.64、11.66、1.67、.68、1.69、1.70mL,aOH,快速揽拌均匀并用稀N和稀也S〇4调2+m、节水样H到6.0,揽拌反应30in,取样离屯分离,测定上清液Cu和TP浓度p;(2)H值250L500p对实验效果影响:用量筒取焦憐酸盐电银废水m置于mL烧巧中,投加Imol/L的CUCI2溶液为1.69mL,快速揽拌均匀,并用稀NaOH和稀也SO4调节水样pH分别为5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、10,攒拌反应2+30min,取样离也分新测定上清液Cu和TP浓度;(3)反应时间对实验效果影响:用量筒取焦磯酸盐电锻废水250mL置于500mL烧杯中,投加Imol/L的CuCl2溶液为1.69mL,快速攒拌均匀,并用稀NaOH和稀也S〇4调节水样pH为6.0,反应时间分别设为5、10、15、20、25、一30min,每到段时间取出lOmL水样离也分离,并向分离后的上清液加入1%HN0H’硝酸(3)溶液调节p<2,并保存在4C低温冰箱中,待全部取样完成,测+定上清液2Cu和TP浓度。3.5.3实验结果分析与讨论()1氯化铜投加量对实验效果影响6.0rr100.0170J-.100""^5**-5*65-A.化5\:\^.99.0::::\厂二磯率率:;蜡X寒P;;;:寒-95/入V/^.5.88品I?IC一_.—_I—?■? ̄I—一 ̄?? ̄I ̄ ̄I— ̄i ̄■ ̄ ̄— ̄?—■i? ̄ ̄ ̄I■一 ̄I—. ̄I— ̄JIII0II.095.0.481...64..7211.巧说16011朗11.481.521.说.61.641.61.10¥巧氯化铜溶液投加量/(mL)氛化铜溶液投加量/(mL)2+3513.5TP去图..氯化铜投加量对Cu去除效果影响图.2氛化铜投加量对除效果影响F3i.5.1InfluencefcoerchloridedoFi3.5.2虹fluencefcooridedosagoppsagesgochlespp巧g2+on化eremovalofCuontheremovalofTP42 3焦憐酸盐镇钢废水处理技术研究2+从图3.5.1和图3.5.2可W看出,随着氯化铜投加量的増加,出水Cu和TP166m浓度越来越低.L时,废水处理效果越来越好。当氯化铜投加量小于,随着投加量的増加2+2+,出水Cu和TP浓度快速下降,当投加量为1.66mL时,出水CuTP浓041mL、198mL,去1%、%和度分别为.g/.g/除率分别为99.98.63,投加2+?169mLCuP量在1.66.之间,随着投加量的增加,出水和T浓度趋于稳定,+2Cu浓度小于0.5mg/L,TP浓度小于l.Omg/L,去除率均可高达99%W上,去除效果很好.mL,当投加量增加至170W上时,出水TP浓度略有降低,但出水2+2+2+Cu浓度突然増加至lJ2mg/L,这是由于氯化铜过量造成Cu富余,使得Cu浓度増加。(2)pH对实验效果影响□02141001I[A一896^"的Cu浓度I-+TP浓度4乂V窒I裝率胃;rI實;馨書^■-0-810I■II.III.I.I■II■■..■■II■I■I■I■I.I.I.I■I■I■I■IQQ5.05.56.06.57.07.58,08.59.09.510.00.5050758515..56.06.57...08.59.09.10.010.5HppH2+图3.5.3H对Cu去除效果影响图3.5.4H对TP去除效果影响ppF..5.3InfluencefH也eremovalofFi5.4InfluencefHontherlig3oon3oemovapgpC2+uofTP"从图3.5.3和图3.5.4可W看出,pH对Cu和TP脱除效果影响差异较大,TPTP浓度逐渐升高5 ̄.56.0之间对而言,随着pH的增加,出水,脚在,出水TP>6=100,TP浓1浓度低至.mg/LW下,pH.时出水度快速升高,当pH0.0时,2+2L?出水TP浓度增加至1.%m/,去除率降低为91.01%Cu而言,H5.56.0g;对p在2+C2+之间,出水Cu浓度处于较低水平,u可低至0.21mg/L,随着阳的升高,2+H为2+Cu浓度逐渐升高,在p7.5时,Cu浓度为7.72mg/L,去除率降低为83.17%,>2+2+75Cu当脚.时,部分CuW饥0巧2的形式去除使得浓度降低,可见氯化铜(法对H控制要求较高。p(3)反应时间对实验效果影响43 合肥工业大学硕±学位论文5.0^100Ir^02^1-4-.01如\*‘?\_狗一;三9/5\厂一"9*-96一"4;::U浓度^I薑二禮始除震率1X-IY-―M?1.5A此去除率.-!3八97I1.°鲜-:/\92>洽\^",^5_妄白5/V^.96.^;9〇:;艮?"■:^88"。11.1111111.111.1-130(10955101520253051015202530时间/in时间/min)(m)(2+35u图..5反应时间对C去除效果影响图3.5.6反应时巧对TP去除效果影响F*ig3.5.5虹fluenceofieactio打time〇打theFi3.5.6Influenceofreactionimenthegto2+removalofCuremovalofTP从图3.5.5和图3.5.6可W看出,氯化铜法处理焦憐酸盐锻铜废水反应速度很2+5mTP021m快,在1in左右就可W达到很好的效果,出水饥和浓度分别为.g/L、0.65mg/L,达到电辕污染物排放标准0.5mg/L和l.Omg/L浓度要求,并且反应5 ̄过程中形成的焦磯酸铜沉淀物祝花较大,沉淀速度较快,在10min就可沉淀完全。3.5.4正交实验(1)正交实验设计为进一步确定氯化铜法处理焦磯酸盐电渡废水中各因子对处理效果影响程度的权重大小,,根据单因素实验选取pH、投加量、反应时间H个因素每个因3314素选取王个水平,设计正交实验片9(%,见表.。表3.14U(巧正交实验设计表3Table3.14Thedes3ig打oforthogo打alexperimentL9()因素^--...pH氯化铜溶液投力口量/(mL)沉淀时间/(min)1601.605.2.51957.61310IJ2^^(2)实验结果与分析325兰行数一正交试验结果如表,K、K..所示其中i2、松字分别不同因素同2+一水平对应的Cu去除率之和!、12、IH行数字分别表示不同因素同;1s水平对民K组和民组应的TP去除率么和;1、於两行分剔是由数值计算所得的极差,具体数值见表3.15。44 3焦磯酸盐鑑铜废水处理技术研究表3.15正交试验结果表Table3.15Theresultsoforthoonalexerimentgp试验号m去除率/(%)2+H(A)投加量(B)沉淀时间(C)CuTPp11190.64%.241212299.2899.39313397.0799.58422383.17於.73795231.6793.2388.622.43W661733294.0396.25393.0996.04g1394.4932.869471286.172617K.992725.i251727731281.74K2.2.K281.99270.77273.333R11-912.185?巧>:Ai因素主次OB2957.942831.2028.931284.62289.59291301,21286J6289.06巧1.353R因素主次:A>C>B2^^^315从表.中可W看出,根据所选不同因素和水平条件下所测定的实验数据,++T22不论是对于P还是对于Cu均得出相同的结论,若WCu去除率为分析指标,对比各因素极差大小并排序得:民1>R3>R2,则各因素对焦磯酸盐镶铜废水处理效果的影响程度大小:pH>反应时间>氯化铜投加量,若WTP去除率为分析指标,同样可W得出相同的结果。2+通过对比各因素不同水平下Cu和TP去除率均值大小得出较优实验条件:250mL水1mol/L氯化铜溶液1.69mLH为6.015min。样需要投加,,反应时间p通过实验验证:向250mL焦憐酸盐壊铜废水中加入1mol/L氯化铜溶液1.69mL,=2+15L调节反应押6化揽拌反应min后,出水Cu和TP浓度分别为0.25mg/、0.63mg/L,去除率分别为99.45%、99.56%,满足电怨废水排放标准要求。355..本节小结(1)氯化铜法处理焦稱酸盐银铜废水可W取得很好的效果,向200mL水1L的1L的C样中加入.的m0.5mol/uCk溶液,并调节反应pH为6.0,揽拌反应45 合肥工业大学硕±学位论文2+15mn后u0.25m/L、./Li,出水C和TP浓度分别为g063mg,达到电辕污染物L1排放标准0.5m/和.0m/L浓度要求gg;2+^(2)氯化铜法通过向废水中引入Cu将过量的P2〇7形成C112P2O7沉淀而去除,且沉淀过程中沉淀物硏花较大,沉淀速度很快,可通过自然沉降进行固液,分离生成的焦麟酸铜经适当处理可W补充锻槽,降低处理总成本;(3)与传统处理方法对比可W发现,采用氯化铜法处理焦憐酸盐儀铜废水2+T不会增加废水硬度,而且不会产生废弃化学污泥,可W同时达到对Cu和P的回收利用;(4)氯化铜法处理焦憐酸盐德铜废水酉然可W取得很好的处理效果,但是H需2+对于药剂投加量和p要严格控制,防止Cu过量和处理效果的下降。3.6锋镇废水处理研巧3.6.1实验原理氯化铜法利用2+^引入Cu与过量的P2〇7结合生成饥江2〇7沉淀物,达到对+C2+2u和TP的回收利用,出水Cu和TP浓度达到电锻废水污染物排放标准要求,^对于含有过量P2〇7的巧镇废水,考虑利用氯化铜法的原理,向锋縷废水中引入+++2^22适量的Zn中和过量的P2〇7,使得Zn和Ni分别WZ112P2O7、Ni2P2〇7的形式,去除具体反应式如下:-一-ZnP〇叫3ZnC2Z+(327)[27)2]b112P2O716C1(.N■—2iP2〇72叫紀nCb3Z112P2O7I+NbP2〇7各+12C1(3-28)[()]2+心一2Zn+POZnPC-27zsh各(329)36..2实验方法(1)氯化巧投加量对实验效果影响:用量筒取粹縷电锻废水250mL置于500mL烧林中,投加1mol/L的ZnCk溶液分别为0.57、0.58、0.59、0.60、0.62、0.64、0.66、0.68、0.70、0.72mL,快速攒拌均匀,并用10%稀氯氧化纳和10%2+min,、稀硫酸调节水样pH到6.0,攪拌反应30取样离屯分离,测定上清液Cu和TP浓度:(2)pH对实验效果影响:用量筒取鲜镇电鞭废水250mL置于500mL烧11杯中,投加mo化的ZnCk溶液分别为0.64mL,快速揽拌均匀0%稀,并用氨氧化钢和10%稀硫酸调节水样pH到5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0,攒拌反应2+30min,取样离也分离,测定上清液Cu和TP浓度;(3)反应时间对实验效果影响:用量筒取巧镇电壌废水250mL置于500mLmol/L的ZnCb溶液分别为〇.64mL1烧杯中,投加I,快速拨拌均匀,并用0%稀氨氧化钢和10%稀硫酸调节水样pH到6.0,攒拌反应时间分别设定为5、10、一15、20、25、30min,每到段时间取出lOmL水样离也分离,并向分离后的上清液加入1%硝酸(HN化)溶液调节pH<2,并保存在4K低温冰箱中,待全部46 3焦礎酸盐锭铜废水处理技术研究2+取样完成,测定上清液Cu和TP浓度。3.6.3实验结果分析与讨论(1)氯化锋投加量对实验效果影响 ̄ ̄卡巧35"3-0干rrzn化^浓度/话深巧^[I?I*I■I?I?I■I■I?I-I|_|_|^J_,_2__,__|__,__|__,__J__,__1___,_^___^_—Q___________10'Q0.560.580.60.620.640.660.680.700.7.745.05.56.06.5.07.58.08.59.09.50207氯化钩投加量/(mL)pH3.132对实验效果影响图.6氯化巧投加量对实验效果影响图.6.脚Fi3.61nfluofzincchlridedsaesFi3.6.2InfluenceofHonhg.Ienceooteggp0打化etreatmenteffecttreatmentefect从图3.6.1可W看出,采用氯化锋法处理巧镶废水时,随着氯化锋溶液投加量的増加,出水TP浓度呈下降趋势,当投加量为化64mL时,出水TP浓度为151L,9812%,TP.mg/去除率为.随着投加量的增加,出水浓度继续降低,当LT2+P58L9931%投加量为0.70m时,出水浓度为0.m/.而出水Zng,去除率为;+和N2浓度随着氯化巧溶液投加量的増加先降后升i64,氯化锋溶液投加量小于化2+++和N22mL时,出水Zni浓度呈降低趋势,在投加量为0.64mL时,出水Zn和2+%Ni176mL、047mL,去除率.18%、9203%浓度分别为.g/.g/分别为.,当继续2+増加氯化巧投加量大于0.64mL,出水Zi护和Ni浓度快速上升,当投加量为0.722+2+%Ni987mL16mL,、mL时,出水Zn和浓度分别升为.g/、.7g/去除率降至%.1370173.16.%,具体实验数据见表.表3.16氯化巧投加量对实验效果影响Tab.1reoeale36I打fluenceofzincchloiddsa呂esonthetrtmenteffect2+Z2++ZnCh/TP/TP去除/Zn/n去除/WZNF去除/---i-mLLimL%mi如g)%(g)(gI/)%0.572.84%.642.8287.471.0382.540.582.8196.682.6188.400.8984.920巧2..922.49880.7795.6%.9386.097452.3189.7306.62.16..89.83016898012.2490.049102.62..0.扣.47 合肥工业大学硕±学位论文0..641.5198.2117692.180.47巧.030.1.66.2498.537.2267910.6489.150.6809580464.27..脚98..1.19巧830..1.70.5899.318956022.3577.120.720.巧99.巧义87%.131.7670.17通过对表3.16实验数据分析发现:①随着氯化锋溶液投加量的増加,出水2+2+TP浓度呈下降趋势,Zn和Ni浓度先降后升;②在投加量为0.68mL时,出水+2+2TP浓度为〇.89mg/L,达到排放标准要求,但出水Zn和Ni浓度并不能达标;2++⑤在投加量为0.64mL时,出水Zn和NP浓度在最低浓度,分别为L76mg/L、2+浓度偏髙0.47mg/L,出水Zn,没有达到排放标准要求,可能与焦磯酸锋溶度积有关。(2)H对实验效果影响pH?32。H65,p对巧辕废水处理效果的影响如图.6.所示p在5.5.之间随着HT2+2+p的増加,废水处理效果越来越好,出水P、Zn、Ni浓度呈降低趋势,当=6.5时、/、m,pH,出水TP2护、N护浓度分别为1.51mgL1.76g/L、0.47mg/L>2+去除率分别为98.21%、92.18%、92朋%,当pH6.5时,出水TP、Zn、N产2++=2浓度呈上升趋势,、、,pH8.0时出水TP、ZnNi浓度分别为16.17mg/L30.84L>2+2+/L、.、mg1.06mg/,在pH75时,出水TPZn浓度虽然快速增加,但Ni浓度却在1.0mg/L波动,可能是因为在高pH条件下生成Ni(OH)2沉淀而脱除。U)反应时间对实验效果影响。+TP浓度广8."3.S\^Zn浓度\;7."—Ni浓度\\J.0马^--O1.sS°化〇51015202530时间/(min)图3.6.3反应时间对实验效果影响Fig3.6.3Inluenceofreactiontimeon化etreatmentefect3。,反应时间对辑镶废水处理效果的影响如图.6.3所示从图中可妙看出在4=2+mLH氯化轉投加量为0.66.0时,随着反应时间的增加出水TP、Zn、,反应p,2+=2+N,T25m,Zn、i浓度逐渐降低,废水处理效果越来越好在反应时间in时出水48 3焦焼酸盐锥铜废水处理技术研究N产、TP浓度分别为1.68mg/L、1.85mg/L、0.49mg/L,出水水质基本稳定。3.6.4本节小结采用氯化锋处理含过量焦磯酸根的锋镶废水,,实验得出在1mol/L的ZnCk==2+2+溶液投加量为0.64mL,反应pH6.0,反应时间T25min时,出水Zn、Ni、TP浓度分别为1.68m/L、1.85m/L、化49m/Lggg,没有达到排放标准要求,需一步处理要结合其他方法进。49 合肥工业大学硕±学位论文4焦碟酸盐锥铜废水处理方法比选焦磯酸盐电银铜工艺因其成分简单,电银液稳定,高电流效率,较强的分散能力和覆盖能力,W及细致厚实的锻层,而被广泛应用在电锻巧业。针对焦磯酸盐电锻铜废水有不同的处理方法,如中中和沉淀、硫化钢等方法。这些方法在处,理游离状态重金属离子废水具有较好的效果但对于(^络合形式存在的重金属离子去除效果并不理想。焦磯酸盐电锻铜废水中灯产是W络合形式存在,传统的处理方法效果并不理想,运些方法并不能达到对铜和憐的回收利用,甚至会产生大量的化学污泥,增加处理出水硬度,;冯绍彬等将过量的硫酸铜加入焦磯酸铜废水中通过产生焦憐酸铜沉淀回收磯,过量铜离子再用铁置换回收,废水引入铁离子,増加导电盐,。増高水回用难度,因而亟需对焦磯酸盐电锻废水处理方法进巧新的探索和完善实验中采用分别采用中和沉淀法、硫化钥法、硫酸亚铁法、氯化巧法、氯化铜法处理焦磯酸盐辕铜废水,对各处理方法影响因素、处理效果进巧实验研究,分析对比了各处理方法优缺点,具体结果如表4.1所示。4.表1焦礎酸盐渡铜废水各处理方法对比Table4.1Thecontra巧betwee打化epyrophosphatecopperplatingwastewater化eatmentme出ods处理方法反应条件处理效果优缺点2+=H12,出水Cu浓度为25处理简单重金属废水效果很好,对络p=虹m左右中和沉淀法T30m,去除率合金属离子处理效果不佳g/L;对TP没44.2%左右有去除效果;出水H偏高pS/Cu=10打户浓10.0.出水度在处理简单重金属废水效果很好,对络2+=m硫化纳法pH10,g/L^?下,Cu去除合重金属离子处理效果不佳;金属硫2’T=30mnSi率不到80%,化物分离困难;出水中含有大量;对TP没有去除效果2+FeSCV7比0出水Cu和TP浓度对打护有很好的瞄除效果,对TP效投加量0.96分别为化72mg/L、果不理想,去除所需的时间较长;酸3+=/L,H1088.35m/LFe硫酸亚铁法gpg,去除率分碱消耗大;出水含有大量的;污T=12h别为98.43%、38.81%泥量大,成分复杂2CaCl2投加量出水枕哺TP浓度2+〇.67/L,0.1m/L、0.43出Ca,氯化巧法g分别为g水可达标排放;但含有大量pH=9.0,反应mg/L,去除率高达水质硬化;出水pH偏离;污泥量大=mn时间T1578.70i99.%.99%50 4焦磯酸盐辕铜废水处理方法比选Ca(0H)2投加出水打产和TP浓度出水可达标排放;出水pH偏高:0.60/L氨氧化巧法量,分别为0.24m/L、Ca0,溶解缓慢gg(聯溶解度小;无需2+=n.1H.O,反应07m/L,去除率高调节反应脚,pg:出水含大量Ca水质T=mn时间30i法99.48%、99.88%+CuCb投加量出水姐和TP浓度出水可达标排化沉淀抓花较大,无2+氯化铜法为0./L.98g/L,分别为025mg、需机械分离;有效回收TP和Cu;H=6mLHp.0,反应0.63g/,去除率分不会造成水质硬化;药剂投加量和p=m时间T15in别为99.45%、99.56%需严格控制对比表4.1所列焦憐酸盐辕铜废水各处理方法发现:①中和沉淀法和硫化沉2+淀法处理焦磯酸盐辕铜废水,只对Cl产有脱除作用,出水Cu浓度并不能达到电辕污染物排放标准要求,硫化剂投加量较大,易造成二次污染;②硫酸亚铁法+T22+处理焦磯酸盐馈铜废水,对P和Cu均有脱除作用,出水Cu浓度达到电锻污染物排放标准要求,,TP未能达标,且需较长的沉淀时间完成对TP的去除出水3+2+含有大量的Fe;③巧处理法处理焦憐酸盐银铜废水,出水TP和Cu均可达标,2+但出水含有大量Ca,造成水质硬化;④氯化铜法理焦稱酸盐镶铜废水,在严格2+控制CuCl2投加量和pH条件下,出水TP和Cu均可达标,沉淀物可回收利用。通过分析对比焦磯酸盐多铜废水各处理方法,可得出氯化铜法相比其他方法更具有优势,出水水质可料达到电锻污染物排放标准要求,且可1^^回收有价资源,方,降低处理成本,氛化铜法处理焦磯酸盐银铜废水从未有过相关研巧报道法新颖可行,己获得技术专利。51 合肥工业大学硕±学位论文5结论与建议5.1结论一定的处理效果,传统方法处理焦憐酸盐链铜废水可W取得,但不能稳定出水水质难レ乂达标,且这些方法均没有对铜、憐进行有效的回收利用。本课题针对焦磯酸盐电潑铜废水采用不同的方法对其进行处理,研究了各因素对实验处理效果的影响程度,为该类废水的回收利用提供有益的参考,通过实验分析得出W下结论;(1)化学沉淀法对该废水络合铜处理效果并不理想,中和沉淀法和硫化沉+一24淀法对Cu去除率分别为4%、79%,对1T没有去除效果,出水需进步处理,且药剂投加量较大。2+2+(2)硫酸亚铁法处理该废水对Cu、P均有去除效果,对Cu去除效果显P去除效,98%W上,著经过30min反应后,去除率高达;但对果不理想所需一,去除率仅为38%反应时间长达十多小时,出水需进步处理。硫酸亚铁投加量3+二次较高,出水含有大量Fe,且该方法产生大量成分复杂的化学污泥,造成污染。2+上(3)巧处理法对Cu、P均有较好的去除效果,去除率均达到99%W,2+2+出水如、P浓度满足电镶污染物排放标准要求,但出水中含有大量Ca,造成一。水质硬化,并产生大量非单成分化学污泥2+(4)氯化铜法处理该废水可W取得很好的处理效果,出水Cu、P浓度可0/L、0./L还可W焦磯酸铜沉降至.25mg63mg,满足电锻污染物排放标准要求,2+P,,淀的形式回收Cu、,相比之下该方法作为全新的处理技术更具优势具有一定的实践意义。(5)氯化巧法处理巧镶废水时,随着氯化锋投加量的増加出水TP浓度越Z2+2+来越低,浓度可W降低至〇.5mg/LW下,但出水n、Ni浓度没有达到排放标一。准要求,需结合其他方法进步处理5.2建议,本课题焦磯酸盐锻铜废水为对象,采用不同的方法对其进行处理为该类一定的技术参考.废水处理提供,但由于能力有限谋题研究存在诸多不足么处,现提出下建议:一(1)硫酸亚铁法处理焦磯酸盐辕铜废水过程中产生的沉淀物,可进步分析其结构組成,W探明硫酸亚铁法处理该类废水的原理;理论上2+(2)氯化铜法处理焦稱酸盐辕铜废水,P和Cu是W焦憐酸铜PO沉淀的形式回收一CU227,但仍有必要对沉淀物组成进行进步分析。(3)重金属废水处理方法除化学沉淀法外,还有吸附法、膜分离法等处理52 5结论与建议4一()方法,可W对运些方法进步研究,为工程实际应用提供技术支持。一(5)在废水实际处理过程中,采用单方法处理该废水,出水往往很难达一一标排放,步处理需要进,可W对后续处理工艺进步研究。53 合肥工业大学硕±学位论文辦文献叫中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2013年国民经济和社会发展20--5统计公报[N].人民日报14022,2诸玲珍.PCB步入高成本时代发展环保并重是转型之路N.中国电子报[][],2008--102t[3]张旭.中国PCB产能占全球四成面临高端转型契机[N].民营经济报,2013-09-02.4httrt0-://b.ianzhan.eom/reo/detail/30/l40325b123c1f3.html[],前瞻网pgqp,20-132017年中国印制电路板制造行业市场前瞻与投资战略规划分析报告,2014-03-25.[5]刘仁志.现代电锻手册[M].北京:化学工业出版社,2010.李常绿李刚蔡升云.电子工业园PCB和五金电辕综合废水水质分类及其[巧,,5-4处理的.电潑与涂饰012:47.,201()7田苗蔡俊楠李向辉.线路板与电锻废水处理与回用工艺[J].广东化工[],,,20-117:1113.12()[8陈俊辉张伟锋.印制线路板废水处理工艺浅析[J.中国环保产业,],]2009-口:4851.)[9]王文星.电锻废水化理技术研究现状及庭势扣.电锻与涂饰,2011,3305-:4246.()[10]孔志明主编.环境毒理学[M].南京:南京大学出版社,2012.11周启艳,李国葱,唐植成.我国水体重金属污染现状与治理方法研究[J.轻[]]20-工科技1304:98.,99()12李萌,张翔宇,潘利样.重金属废水处理技术探讨阴.当代化工,[]-2014:642645.,43011(巧[13J冯立明,王現.电锻工艺学[M].北京:化学工业出版社,201化[M]谢无化电鑑工程师手册[M].北京:化学工业出版化2011.11.[15]安茂忠,李丽波,杨培霞.电链技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2007.07.16曾华梁倪百祥.电被工程手册[M].北京:机械工业出版化2010.[]?217赵天宝主编:.化学试剂化学药品手册第版.北京化学工业出版社2006.[](),18D刘素婷.电锻行业清洁生产政策的研究与评价.2011.[哈尔滨工业大学[]],19徐金来赵国鹏,胡耀红.无氯电锻工艺研巧与应用现状及建议J.[],[]电渡与2012318-51涂饰,10:4.,()20一 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