重金属废水处理新工艺研究.doc

重金属废水处理新工艺研究楚文海I鄢贵权2苏维词2,朱文孝2(1贵州大学资源与坏境工程学院，贵阳，550003； 2贵州科学院，贵阳，550001； 3重庆师范大学地理 学院，重庆400047)摘要：重金属离子废水对人类及周團环境逍成了非常大的危害为了同时处理含务种重金属离子的废水，木文捉出化学沉淀-恢氧体法与天然破黄饮矿处理法联介处理垂金属废水新工艺本文阐述了利用天然减黄 狭矿与饮氧体分别处理重金屈废水的原理，介绍了天然碗黄铁与铁轨体联合处理重金属废水的工艺原理和工 艺流程，并通过实验分析了叶值、温度对去除效果的影响，得到了处理重金属废水试验较理想的工艺条件， 最后对该联合处理乘金属废水新工艺进行了讨论与总结关键词：天然磁黄铁矿(FcS)、雨金属废水、化学沉淀法、铁氧体重金属污染是常见的有毒污染物之一，由于水体、土壤及生物一旦受到重金属离子的污 染就很难去除，给坏境生态和人类口身造成严重危害目前处理重金屈废水的方法主要有化 学法、物理法、生物法等采用生物处理和其他物理化学方法由于成本高，反应条件要求苛 刻等原因，实际上难以得到推广应用⑴化学法是利用化学反应的作用来去除废水中的溶解 物质或胶体物质。

主要包括化学沉淀法、中和法、电解法、氧化还原法等化学沉淀铁氧体 法是1973年由日本电气公司(NEC)首先提岀的处理含重金屈离子废水的一种方法⑵国内外的研究业己表明，某些天然矿物具有良好的处理重金属废水的性能37),并已成 为环境矿物材料的研允方向，近几年的研允结果表明，天然铁的硫化物是治理重金属污染物 的天然净化剂⑻天然铁的硫化物，本身就是一个污染源，常常造成所谓的金属矿山周围的 酸性废水污染等从这个意义上讲，发挥此类矿物治理污染的作用，可以达到以废治废，废弃 物资源化的目的本文提出了上述两种重金属处理方法联用新工艺，并对重金屈处理效果进行了实验分析 与讨论1反应机理1.1天然磁黄铁矿(FeS)在天然磁黃铁矿处理重金属废水的初步应用中，其理论基础主要是沉淀溶解平衡水溶 液中，主要成分为FeS的天然磁黄铁矿,存在一个溶解平衡：FeS (固)-Fe2+ + S2_ , Ksp (FeS) = [Fe2+] [S2_]=6. 3X 1018 (18〜25C) (1)当溶液中同时存在P『、Zn2\ C(f等重金属时，由于它们的心(MS)<

收稿日期:基金项冃：①国家〔1然科学基金(40261002,40561006);②黔科合重大专项字[200616014;③贵州省优秀青年科技人才培养计划 (黔科人合(2005)0513).作者简介：楚文海(1983-),男，山东省济宁人硕士研究生，主要从事水资源与水环境方面研究.鄢贵权，教授•苏维词,研究员•朱文孝,教授.M2> + S“f MS個），Ksp （MS）二[M"J [S2_] < HS■+ 0H ,有利于反应正向进行1・2化学沉淀法-铁氧体法铁氧体是一类复合的金属氧化物,其化学通式为M2FeO,或M0Fe2（）3（M表示其它金属），呈尖 晶石状立方结晶构造铁氧体约有百种以上，最简单而乂最常见的是磁铁矿FcO・Fe2O3或各种铁氧体都具有磁性,磁性的强弱与含铁量有关铁氧体的各种特性由配入的少量其 它金属决定，铁氧体不溶于水,也不溶于酸、碱、盐溶液形成铁氧体的重要条件是提供足量 的Fe”和Fe3\作为形成铁氧体的原料，铁氧体中Fe2+:Fe3 =1:2, [11]化学沉淀法-铁氧体法是指向废水中投加铁盐，通过控制工艺条件，使废水中的重金属 离子在铁氧体的包裹、夹带作用下进入铁氧体的晶格中形成复合铁氧体，然后再采用固液分 离的手段，一次能脱除多种重金属离子的方法。

经研究溶液中铁氧体的形成可认为是一二阶段过程，即加碱（0H ）使F/与F/形成氢 氧化物沉淀（初期溶胶），然后“络合”生成中间络合物溶胶，这种溶胶最后“脱水”形成 尖晶石型铁氧体，反映机理如（3）式所示氧在其中的作用是调节与Fe?•摩尔比，并未 直接参与反应如将任意二阶金属离子M2+取代（3）式中的FeS则该式适用于含各种二价 金属离子的废水，由此形成的铁氧分子式为M0Fo203根据晶体结构理论，凡离子半径介于 0.6〜1.0埃的二价金属离子，都有可能取代F疋进入铁氧体晶格中而不改变其晶格结构」⑷Fe2++2Fe3++SOH^^=Fe(OH)9+2Fe(OH)3初弼溶液—>OH~OHOHOH」Fe3+Fe3+Fe^+t nFeFe^ Fe^ +4n/1^0 尖晶石型铁氧体、OH 一OHOHOH_ ,n中间络合物溶液2工艺原理形成铁氧体的重要条件是提供足量的F/和Fe—含重金属离子的废水中，一般或多或少 地含有铁离子，但大多满足不了生产铁氧体的要求，通常是额外补加铁离子,如投加FeCl2或 FeSCh等，投加后，一部分F/氧化补充T Fe3+,达到Fe2+:Fe3 =1:20本工艺主要原理是通过向重金属废水中添加FeS,代替FeCL或FeS0“的投加，并且FeS 在水溶液中电离出的S?也可以和重金属反应生成沉淀，使部分重金属得以去除，剩下的一 部分重金属离子可以通过生成复合铁氧化体去除。

3实验分析3.1材料与方法① 试验工艺流程以某公司废水为原水，试验工艺流程图如图1:经预处理后的重金属废水首先进入中和池，通过中和作用去除废水中含有的废酸及部分 金属离子，反应废渣经过机械分离，得到硫石膏，可以加以利用废水再进入处理池，在处 理池里首先通过恒温器调节温度，再将FeS投加到处理池里(FeS经野外鉴定与破碎、淘洗、 晾干、筛分、磁选后获得，并经X射线衍射分析确认「")，加NaOH溶液调节pH值硫石膏 回收铁氧体图1工艺流程图Figi flow chart of technics并且通过机械搅拌机对溶液进行搅拌,转速为500r/minopH调好后反应沉淀物大部分生 成铁氧体，但还不很完全，需继续用玻璃棒搅拌，当生成的沉淀物由棕黑色变成黑色，则形 成了铁氧体共沉淀物然后采用过滤进行固液分离对于固液分离的反应沉渣先用蒸溜水反 复清洗，以除去沉渣中的硫酸根离子［⑵然后在110C下烘干由于铁氧体不溶于水，也不 溶于酸、碱、盐溶液，有害的重金属离子不会渗出，可以通过适当的处理制成有用材料，如 催化剂、磁流体、填料等［⑷② 试验仪器及试剂试验所用仪器：分析天平、漏斗、烧杯、滤纸、pH计、原子吸收分光光度计、温度计、 玻璃棒、玻璃槽、恒温器、保温材料、机械搅拌机试验所用试剂：天然磁黄铁矿(FeS).浓硫酸、熟石灰、氢氧化钠、蒸镭水、试验废水③ 分析项目及方法Pb2\ Cd24：原子吸收分光光度法；pH：便携式pH计；温度：温度计。

3. 2结果与讨论①pH对重金属离子去除的影响pH值对重金属离子的去除有较大影响pH值对水质的处理效果见图2：876543210 o.o.ao.0.0.0.0.3、营)^w迄DgGw图2 pH值对重金属禹子处理效果的影响I?ig2 Effect of pH on the removal of heavy metal ions78 9plltt+ 浓度(mg/L) Pb 亠浓度(m”IJ Cd10 11根据图2所示，pH值在8. 8到9. 2之间，重金属离了浓度达到取低值所以取佳pH 值选取在9.0左右调节pH值一般是通过添加NaOH,而添加石灰(Ca (OH) 2)是很难形成 铁氧化体的⑷②温度对重金属离子去除的影响温度也会对铁氧化体的形成起到很大作用随着温度的升高，铁的氧化速度明显加快; 并且，较高的温度也有利于氢氧化物胶体的破坏温度对铁氧体晶体形成的影响见图3所示图3温度对重金属离子处理效果的影响Fig3 Effect of temperature on the removal of heavy metal ions10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-♦-浓度(mg/L) Pb 亠浓度(mg/L) Cd10.8\ 0. 63 0. 40.20温度(C)从图3可以看出，当温度在60C〜70C之间重金属离子的浓度最低，处理效果最好。

试验证明，加热后形成的沉渣具有较强的磁性，说明加热能促使氢氧化物胶体向铁氧体 转化U4存在的问题(1) 除pH值、温度等影响因素之外，搅拌时间等工艺条件还需进一步研允确定最佳值2) 虽然该工艺可以同时处理多种重金属离子，但是不能单独回收有用的金属，同时试验 消耗一定数量的苛性钠及热能，使处理成本较高5结论(1) 工艺中通过投加天然黄磁铁矿(FeS)，减少了 FeSOs或FeCL?的大量消耗，节省成本， 并达到以废治废的目的2) 铁氧体共沉淀物的化学性质稳定，不会产生大量污泥，避免二次污染3) 处理后的铁氧体沉渣便于分离同时由于形成的复合铁氧体，表面活性大，吸附性能 好，粒度均匀，磁性强，可以通过处理回收利用4) 处理效果好，去除率高，实验效果表明工艺用于实践后，处理后的废水不难达到污水 综合排放标准(GB8978-1996),适应范围广参考文献11]王绍文，姜凤有.重金属废水治理技术［Ml.北京：冶金工业出版社，1993.⑵丁明，曹桓兴.铁氧体工艺处理重金属污水研究现状及展望［J］.环境科学.1991, 2： 59-67.13]傅贤书.含碎废水的硫化铁处理［刀.环境化学，1988 , 7 (1) : 50-56.14]Hyland M M, Jean G E, Bancroft GM. XPS and AES studies of Hg ( II ) sorption and desorption reactions on sulphide minerals. Geochim [J] . Cosmochim. Acta, 1990. 54: 1957-1967.15]Zachara J M , Cowan C E , Resch C T. Sorption of divalent metals on calcite. Gcochim [J] . Cosmochim. Acta,1991, 55: 1549-1562.⑹丘常芳，戴文龙.硫铁矿处理含银废水的研究［J］.工业水处理，1995 , 15 (5) : 14-16.17]舎安怀.废水的矿物学处理［J］.地学前缘，1996 , 3 (1) : 98.⑻鲁安怀.环境矿物材料研究方向探讨［J］.岩石矿物学杂志,1997 , 16 (増刊)：184-187.⑼陈 洁,鲁安怀，姚志健.夭然铁的硫化物处理含Pb(ll)废水的实验研究［J］ •岩石矿物学杂志,18 (4) :323-3281101鲁安怀.夭然磁黄铁矿一步法处理含Cr (VI)废水［J］.科学通报,2000,45(8)： 870-873.[H]李军.铁氧体沉淀法处理重金属废水［J］.污染治理.1999, 19 (1)： 30-31.[12]E. Barrado, F. Prieto, J. Medina, F. A. L。