电镀污泥（精选4篇）
电镀污泥 篇1
电镀污泥是电镀废水处理过程后生成的产物,含有多种金属元素,性质复杂,如果不加以妥善处理,任意堆放或填埋,将会造成严重的环境污染和资源浪费,并危害人体健康;如若对其进行综合利用,则是宝贵的二次资源,必将带来巨大的经济和社会效益。随着电镀产业的发展,人们对生态环境保护意识的增强,国家对固体废物排放执法力度的提高,电镀厂必须寻求经济有效的处置技术对其所产生的污泥进行无害化处理。因此,妥善、科学地处理电镀污泥已引起人们极大关注,将其无害化和资源化处理必将成为国内外研究的重点[1]。
本试验以电镀污泥、粉煤灰为主要原料,以生活污泥为添加剂,另加适量比例粘结剂,在一定条件下烧制陶粒产品,通过正交试验选择出性能满足要求的原料配比和工艺条件,为电镀污泥的资源化处置提供了一条合理的途径。
1 烧结陶粒机理探讨
电镀污泥烧制陶粒的过程是一个物理化学相平衡和热力学化学反应过程。根据各原材料的化学组成,调配混合物内各种矿物(Si O2、Al2O3、Ca O、Fe2O3等)的含量,使其在一定温度下、一定时间内发生“氧化—还原”反应,得到电镀污泥陶粒。在高温炉中,混合物首先在富铁区发生熔融,形成液相,当温度升到一定高度(略低于陶粒烧成温度)时,Si O2、Al2O3、Ca O、Fe2O3形成液态熔融的硅酸盐化合物,内部发生氧化反应,生成气体,在陶粒内形成微小、密闭的气孔,使颗粒产生膨胀,颗粒表面发生还原反应,形成坚硬的外壳;在陶粒烧成温度上烧制一段时间,经过冷却处理后,陶粒烧制完成[2]。
2 生料球的制备
2.1 原材料
2.1.1 电镀污泥
外观呈土黄色,堆积密度为400 kg/m3,烧失率20.366%,含水率为61.78%,其化学成分见表1。
2.1.2 粉煤灰
粉煤灰的堆积密度为820 kg/m3,烧失率为1.984%,其化学成分见表1,由于粉煤灰中Al2O3含量较高,为有效降低焙烧温度,需掺加一定量的助熔剂。
2.1.3 生活污泥
其化学成分见表1,生活污泥的烧失率为73.626%,烧失量较高,说明内含的有机物量较大,有一定的热值,这对于样品烧成温度降低是有利的。
2.1.4 广西白泥
选用广西白泥作为粘结剂和助熔剂,以增加陶粒坯体的成型塑性,且在烧结中作为助熔剂改善陶粒的烧成温度。
2.2 试验工艺流程
2.2.1 原材料预处理
将各种原料在105℃下烘干,经球磨机球磨后过100目标准筛,筛分后备用。
2.2.2 生料球的制备
根据正交试验安排,按照各种原料所占的比例称量,混匀后加水。充分混合均匀,采用人工搓球方式制球。将球的直径大小控制在10 mm~15 mm之间。
2.2.3 生料球的预处理
将制备好的生料球放入干燥箱中,升温至108℃,烘干2 h。目的是脱去样球中的附着水,以免煅烧时炸裂或出现裂纹。
2.2.4 焙烧
烘干后的样球放入电阻炉中预热、焙烧,然后冷却,陶粒烧制完成。
3 吸水率的测定
依据中华人民共和国国家标准GB/T17431.1-1998《轻集料及其试验方法第二部分》对烧成陶粒的吸水率进行测试。
4 正交试验研究
4.1 因素与水平
在正交试验设计中,主要考虑电镀污泥的含量、预热温度、预热时间、焙烧温度、焙烧时间五个因素对陶粒吸水性能的影响。根据各种原材料的化学成分,结合陶粒烧制的化学成分组成范围,做了大量的试烧试验。在试烧试验的基础上,分析各物料的搭配情况,确定原料各组分的含量范围。试验中固定某些因素的量:生活污泥15%,广西白泥20%,电镀污泥的含量20%~35%。陶粒的焙烧温度和矿物组成有关,一般的焙烧温度在1 050℃~1 300℃,焙烧时间一般在15 min~25 min[3]。试烧试验表明,陶粒直径为10 mm~15 mm时,焙烧温度的变化范围为1 120℃~1 200℃,焙烧时间的变化范围为20 min~30 min。
在充分考虑试烧试验的基础上安排了五因素四水平的正交设计,见表2。同时考虑电镀污泥的含量与焙烧温度的交互作用。以陶粒的吸水率为考核指标,进行正交试验设计,最终确定电镀污泥制备陶粒的最佳配合比和烧成条件。
4.2 试验结果分析
根据表2中的因素及水平情况,选定标准正交表L32(49),按此正交表进行试验安排,得到如表3所示的正交表及具体实验方案综合表格。
4.2.1 直接分析
直接比较32组试验的吸水率,由表3可以看出,第四组试验的吸水率最低。即电镀污泥的含量为20%,预热温度800℃,预热时间25 min,焙烧温度1 200℃,焙烧时间30 min。另外第23组和第7组试验的吸水率也很低,其电镀污泥的含量均为25%。
4.2.2 极差分析法
各列极差的大小反映了同一因素下不同水平时试验指标的变化幅度,变化幅度越大,说明该因素对试验指标的影响越大,它就越重要。从表3中知,因素D极差最大,即D因素在试验中对试验结果的影响最大,占主导作用。因素A影响次之,其次是电镀污泥含量和焙烧温度的交互作用,最后是预热时间、预热温度、焙烧时间的影响。即影响吸水率的主次关系如下:
主→次D→A→A×D→C→B→E
4.2.3 用趋势图直观分析
吸水率极差趋势图见图1。
吸水率极差趋势图是以水平数为横坐标,同位级试验结果的累积为纵坐标而绘制的。从趋势图可以看出,焙烧温度对陶粒的吸水率影响最大,随着焙烧温度的升高,陶粒的吸水率是单调递减的。其次是电镀污泥的含量对吸水率的影响。
从趋势图可以看出,最佳试验条件为:A3B1C2D4E3。
4.2.4 方差分析
方差分析见表4。
从表4可以看出,FD=166.61>F0.01=4.6,因此D因素焙烧温度对吸水率的影响差异极显著。其他因素对陶粒吸水率有影响但是不显著。
4.2.5 交互作用的方差分析
从表5可以看出,AD的最优搭配为:A2D4,其次为:A3D2。因此电镀污泥烧制陶粒的最佳组合为A2B1C2D4E3,即电镀污泥含量25%,预热温度500℃,预热时间15 min,焙烧温度1 200℃,焙烧时间25 min。
5 结论
a.以电镀污泥、粉煤灰为原料,可以制造高性能的生态陶粒。
b.制备陶粒的最佳试验配比为:电镀污泥含量25%,粉煤灰含量40%,生活污泥含量15%,广西白泥含量20%,最佳烧成条件为:预热温度500℃,预热时间15 min,焙烧温度1 200℃,焙烧时间25 min。
c.焙烧温度对试验结果的影响极其显著,试验时要严格控制焙烧温度,以期获得低吸水率的陶粒。
参考文献
[1]陈永松,周少奇.电镀污泥处理技术的研究进展[J].化工环保,2007(4).
[2]曾天敏,杨桓.利用粉煤灰烧制陶粒的试验研究[J].建筑砌块与砌块建筑,2007(1).
[3]蔡昌凤,徐建平,褚倩,王玉莲.粉煤灰/污泥烧结陶粒的研制与应用[J].环境污染与防治,2007(1).
[4]许国仁,邹金龙,孙丽欣.污泥作为添加剂制备轻质陶粒的试验研究[J].哈尔滨工业大学学报,2007(4).
电镀污泥 篇2
酵母菌-活性污泥法吸附处理含铬电镀废水的性能
研究了解脂假丝酵母(Candida lipolytica 1977)、产朊假丝酵母(Candida utilis 1225)和活性污泥处理含铬电镀废水的吸附与还原性能.结果表明,解脂假丝酵母对废水的pH适应范围广.当pH=3.2～6.0时,25g/L菌体对电镀废水中30.2 mg/L总铬的去除率达85.0%;对27.7mg/L Cr6+的还原率高达100%.2株酵母协同处理电镀废水,可以有效的提高铬的生物吸附效率,对30.2 mg/L 总铬的`去除率达91.1%.曝气生物吸附法研究结果表明,该法是本研究中处理含铬电镀废水最有效的方法.10g/L酵母菌,5g/L活性污泥处理50.3mg/L 总铬、46.2mg/L Cr6+水样8h后,去除率达93.8%;而当污泥浓度为10g/L时,去除率高达99.5%.
作 者：尹华 叶锦韶 彭辉 张娜 谢丹平作者单位：暨南大学环境工程系,广州,510632刊 名：环境科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE年，卷(期)：25(3)分类号：X703.1关键词：生物吸附剂 假丝酵母 铬 电镀废水 活性污泥
电镀污泥中铜和镍的回收 篇3
本工作采用一套完整的综合回收利用电镀污泥的工艺路线, 实现了电镀污泥中铜和镍的全面回收。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
电镀污泥:广东省惠州市某电镀厂, 污泥颜色为蓝绿色, 含水质量分数为74.19%, 干泥的主要成分见表1。
硫酸、硫化钠、氨水、氟化钠、碳酸钠:分析纯;铁粉:200目, 分析纯。实验用水为去离子水。
w, %
722型可见分光光度计:上海精科实业有限公司;DF-101型集热式磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;PHS-3B型精密酸度计:上海启威电子有限公司。
1.2 工艺流程
回收电镀污泥中铜和镍的工艺流程见图1。电镀污泥用稀硫酸酸浸, 酸浸液经沉淀得粗品铜, 滤液再经净化除杂、沉淀工艺制取硫酸镍。
1.3 实验方法
1.3.1 酸浸
采用文献[7]报道的方法, 取100目的干污泥, 按液固比为3加水搅拌均匀, 常温下边搅拌边加入一定量浓度为0.1 mol/L的硫酸, 以 (120±5) r/min的搅拌转速在磁力搅拌器上搅拌1.5 h, 过滤, 取酸浸液测定各重金属离子含量, 计算金属的浸出率。
1.3.2 铜镍分离
文献[8]报道了采用氨水分步沉淀法、硫化钠选择沉淀法和铁粉置换法沉淀分离出电镀污泥酸浸液中的铜和镍, 其中氨水分步沉淀法要求严格控制体系的酸度, 实际操作难以控制, 而硫化钠选择沉淀法和铁粉置换法都能取得较好的沉淀效果。本工作分别考察了硫化钠选择沉淀法和铁粉置换法分离酸浸液中铜和镍的分离效果。并选择分离效果较好的方法进行后续实验。
取20 m L酸浸液, 加入铁粉或硫化钠, 一定温度下搅拌反应一段时间。过滤, 沉淀为粗品铜。测定滤液中镍含量。
1.3.3 净化除杂
由文献[9]的报道可知, 三价铬的氢氧化物完全沉淀时的p H (5.6) 低于镍的氢氧化物初始沉淀p H (7.4) , 因此, 可采用水解沉淀方法从溶液中选择性地沉淀三价铬, 到达净化除杂目的。
用氨水调节滤液p H至5.5~6.0, 使溶液中的铁、铬生成金属氢氧化物沉淀;然后将溶液温度加热至95℃, 加入一定量的氟化钠, 搅拌60 min, 溶液中的钙和镁离子生成氟化物沉淀;为加速溶液中生成的沉淀物沉降, 加入适量的絮凝剂聚丙烯酰胺, 常温静止60 min, 过滤, 得净化液, 测定净化液中铁、铬、钙、镁的含量。
1.3.4 沉淀制取硫酸镍
在85~90℃、搅拌转速为100 r/min条件下, 向净化液中加入碳酸钠溶液, 搅拌反应4 h, 直至溶液中无绿色, 反应终点p H控制在8.0左右, 然后静置、过滤、洗涤、沉淀, 制得碱式碳酸镍。再用浓度为1 mol/L的硫酸溶解碱式碳酸镍, 控制终点p H为4.5, 经蒸发浓缩、结晶后的产品即为粗品硫酸镍。
1.4 分析方法
采用分光光度法测定溶液中铜离子[10];采用丁二酮肟分光光度法测定溶液中镍离子[10]。溶液中其他金属离子采用原子吸收分光光度法分析[10];按国标方法测定粗品铜和粗品硫酸镍[11,12]。
2 结果与讨论
2.1 酸浸
采用浓度为0.1 mol/L的硫酸做铜镍污泥的酸浸实验, 酸浸实验的最终p H应控制在1.5左右。若p H过低, 则会影响后面的净化除杂工艺中氨水的消耗及净化效果;若p H过高, 则会降低铜和镍的浸出率。酸浸实验结果见表2。由表2可知:在该酸浸条件下, 铜和镍的浸出效果好, 浸出率都在98.5%以上, 而其他金属离子的浸出率相对较低。
2.2 铜镍分离
2.2.1 铁粉置换法
2.2.1. 1 置换时间对铜沉淀率和镍损失率的影响
镍损失率为铜镍分离中镍离子的沉淀量占酸浸液中镍离子总量的质量分数。当常温、铁粉加入量 (以理论需求量的倍数计) 为3倍时, 置换时间对铜沉淀率和镍损失率的影响见图2。由图2可见:当置换时间为30 min时, 铜沉淀率在80%以上, 镍损失率可在10%以内。实验选择最佳置换时间为30 min。
2.2.1. 2 置换温度对铜沉淀率和镍损失率的影响
当铁粉加入量为3倍、置换时间为30 min时, 置换温度对铜沉淀率和镍损失率的影响见图3。由图3可知, 随着置换温度的升高, 铜沉淀率和镍损失率都升高。因此, 从回收铜的经济性和能耗成本考虑, 置换温度选45℃以下为宜。
2.2.1. 3 铁粉加入量对铜沉淀率和镍损失率的影响
当置换温度为30℃、置换时间为30 min时, 铁粉加入量 (以理论需求量的倍数计) 对铜沉淀率和镍损失率的影响见图4。由图4可知, 铁粉加入量为1.2倍时, 铜沉淀率在85%以上, 而镍损失率在10%左右。因此, 铁粉最佳加入量为1.2倍。
2.2.2 硫化钠选择沉淀法
酸浸液中的铜、镍和锌离子都易与S2-反应生成沉淀, 但各种金属离子在溶液中的平衡浓度却不相同。依据文献[13]报道的溶度积进行计算, 在p H为1.5时, 铜、锌、镍的平衡浓度分别为6.774×10-17, 2.668×10-3, 3.44 mol/L。可见, 铜和锌的平衡浓度比镍的要低得多。因此, 可在溶液中加入适量S2-, 使铜、锌与镍分离, 且铜的完全硫化沉淀p H也低于镍开始沉淀的p H。可见, 通过调节溶液p H及加入适量硫化钠使铜离子和锌离子选择性沉淀, 而镍几乎没有损失, 可实现铜和镍的有效分离。所得沉淀用稀盐酸洗涤, 可将其中的硫化锌与硫化铜溶解分离。
2.2.2. 1 硫化钠加入量对铜沉淀率和镍损失率的影响
当常温、硫化钠沉淀时间为60 min时, 硫化钠加入量 (以理论需求量的倍数计) 对铜沉淀率和镍损失率的影响见图5。
由图5可知, 随着硫化钠加入量的增大, 铜沉淀率也不断增大, 当硫化钠加入量达到理论量的1.2倍时, 铜沉淀率达到98%以上, 且镍的损失率都比较低。因此, 从成本考虑, 选择硫化钠加入量为理论加入量的1.2倍。
2.2.2. 2 硫化钠沉淀时间对铜沉淀率和镍损失率的影响
当常温、硫化钠加入量为1.2倍时, 硫化钠沉淀时间对铜沉淀率及镍损失率的影响见图6。由图6可知, 当硫化钠沉淀时间达到30 min时, 铜沉淀率达到98%以上, 反应继续进行, 铜沉淀率反而略有减小;此外, 沉淀时间对镍损失率基本没有影响。因此, 选择最佳的硫化钠沉淀时间为30 min。
2.2.2. 3 硫化钠沉淀温度对铜沉淀率和镍损失率的影响
当硫化钠加入量为理论需求量的1.2倍、硫化钠沉淀时间为30 min时, 硫化钠沉淀温度对铜沉淀率和镍损失率的影响见图7。
由图7可知, 硫化钠沉淀温度对铜沉淀率的影响较大。提高温度有利于加快反应速率, 温度越高, 铜沉淀率也越高;当温度达到60℃时, 铜沉淀率达98%以上, 之后曲线变化不大, 同时, 反应温度对镍的损失率影响较小, 镍损失率基本控制在5%左右;因此, 选择硫化钠沉淀温度为60℃。
2.2.3 小结
综上可知:采用铁粉置换法分离酸浸液中的铜和镍, 铜沉淀率只能达到85%左右, 若要进一步提高铜沉淀率, 镍的损失率也会进一步提高;而采用硫化钠选择沉淀法, 铜的沉淀率可以达到98%以上, 而镍的损失率也能控制在5%左右。综合考虑, 本实验采用硫化钠沉淀法分离酸浸液中的铜和镍, 最优操作条件为:硫化钠加入量1.2倍, 硫化钠沉淀温度60℃, 硫化钠沉淀时间30 min。
在上述实验条件下, 取20 g干电镀污泥, 进行酸浸及硫化钠铜镍分离实验, 得到粗品铜2.91 g。经计算可知, 铜的回收率在90%以上。
2.3 净化除杂
净化除杂实验结果见表3。由表3可见:净化除杂后, 净化液中铁、铬等杂质的质量浓度非常小, 净化效果较好。
ρ, g/L
2.4 沉淀制取硫酸镍
在净化液中缓慢加入碳酸钠溶液, 生成碱式碳酸镍沉淀, 洗涤后再用硫酸重新溶解碱式碳酸镍, 溶液经蒸发浓缩后冷却结晶得到粗品硫酸镍。粗品硫酸镍主要化学成分见表4。由表4可见:粗品硫酸镍中, 硫酸镍含量在18%左右, 镍的回收率达80%以上, 达到了工业一级标准[12]。
w, %
3 结论
a) 采用硫酸酸浸—硫化沉铜—净化除杂—沉淀制取硫酸镍工艺从电镀污泥中回收铜和镍, 铜的回收率可达90%以上, 粗品硫酸镍中硫酸镍质量分数为18%, 镍的回收率达80%以上。
电镀污泥 篇4
电镀废水和冶炼废水中因含重金属,废水不经处理直接外排将会对环境造成严重危害。吸附法被认为是一种更加有效的方法,具有可回收有价金属、选择性好、污泥量少等特点而倍受亲睐[1,2,3]。
城市污水厂剩余活性污泥是污水处理系统产生的副产物,其含水率高、易腐败、不稳定、有恶臭,如不加以安全处理,将造成严重的二次污染问题,但同时污泥中又含有大量的有机物、腐植质等可利用资源[4,5,6,7,8]。目前,污泥焚烧可以最大限度地使其减量化和无害化,随着污泥热值的逐渐增加,焚烧处理得以推广,但产生的污泥焚烧灰(以下简称污泥灰)仍需要处理。研究发现,城市污泥灰除了富含硅铝物质外,还具有一定的比表面积和离子交换能力,可作为一种新型吸附剂。为此,对利用城市污泥灰吸附重金属铜(Ⅱ)、锌(Ⅱ)离子进行了研究,探讨了吸附条件和处理电镀废水的可行性。
1 试 验
1.1 材料及其组成
试验用城市污泥取自于长沙市金霞污水处理厂产生的剩余污泥。取得的污泥样品首先在105 ℃下烘干,然后在焚烧器中用850 ℃的温度焚烧3 h,将剩余的污泥灰用球磨机研磨并过200 目标准筛,对过筛的污泥灰进行试验。试验所用污泥灰主要化学组成见表1。
1.2 试剂及仪器
Cu(NO3)2·3H2O,AR级;ZnCl2,AR级;0.1 mol/L HNO3;0.1 mol/L NaOH;其他试剂为CP级以上。
SHZ-82型水浴恒温振荡器;pHS-3C型酸度计;AA-6800F型原子吸收分光光度计;铜空心阴极灯;锌空心阴极灯;铜和锌元素采用原子吸收分光光度计进行分析的工作条件除测量波长有所差异分别为324.8 nm和213.9 nm外,其余参数均相同,即电流6 mA,狭缝0.5 nm,乙炔流速2.0 L/min,空气流速8.0 L/min,燃烧器高度7 mm。
1.3 试验方法及原理
试验采用静态方法在室温下进行。准确称取0.2~2.0 g吸附剂和100 mL含重金属离子的溶液若干份,置入一系列250 mL锥形瓶中,用0.01 mol/L HNO3或NaOH调节溶液pH值,室温下在振荡器上振荡一定时间,放置0.5 h,过滤,蒸馏水洗涤,用原子吸收分光光度法测定滤液中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子浓度。按公式(1)计算污泥灰对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率(C0为起始浓度,C为吸附后的溶液浓度)。
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2 结果与讨论
2.1 吸附时间的影响
当Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的初始浓度为25 mg/L、pH值控制在5.5、吸附剂的用量为1.4 g、吸附温度为(25±1) ℃、振荡频率为200 r/min时,吸附时间对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率见图1。结果表明,吸附剂对水中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率随着吸附平衡时间的延长而增大,并且初期吸附速率很快,当吸附时间达到80 min 时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率变化不明显,趋于平稳。试验取最佳吸附时间为80 min。
2.2 起始pH值的影响
在Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的起始浓度为25 mg/L、吸附时间达到80 min、吸附剂的用量为1.4 g、吸附温度为(25±1) ℃、振荡频率为200 r/min时,起始pH值对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率见图2。从图2可看出,在相同pH值时,污泥灰对Cu(Ⅱ)离子的吸附要优于Zn(Ⅱ)离子,并且Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率随pH值的升高都有所增加,pH值是影响吸附作用的主要因素之一。在pH值为5.5~6.0时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子可达到较大的去除率。因此,pH值太低不适用于污泥灰吸附Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子。在酸性溶液中吸附剂吸附量小的原因可能是由于H+与金属离子存在竞争吸附,从而导致金属离子的吸附效率下降。
2.3 起始浓度对去除率的影响
污泥活性炭吸附剂的用量为14 g/L、pH值控制在5.5、吸附温度为(25±1) ℃时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子起始浓度对去除率的影响见图3。结果表明,随着Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子起始浓度的增加,吸附效率下降明显,Cu(Ⅱ)离子比Zn(Ⅱ)离子更加显著,说明Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的起始浓度的增加对去除率有明显的影响。为了保证Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除效率不太低,应控制Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的初始质量浓度分别不超过25 mg/L和20 mg/L。
2.4 吸附剂用量对去除率的影响
Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的起始浓度为25 mg/L、pH值控制在5.5、吸附温度为(25±1) ℃时,吸附剂的用量对金属离子的影响见图4。从图4可见,当吸附剂的用量从2.5 g/L增加到15.0 g/L时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率将迅速增加,再进一步增加吸附剂的用量,两离子的去除率增加不太明显。其原因是随着吸附剂用量的增加,溶液中剩余Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的浓度不断下降。
2.5 吸附温度对去除率的影响
吸附是一个热力学过程,温度对其影响不可忽略。当pH值控制在5.5、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的起始浓度为25 mg/L、吸附剂的用量为14.0 g/L时,吸附温度对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子去除率的影响见图5。从图5可见,反应温度从10 ℃升高到30 ℃时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率增大。这是因为在水溶液中,污泥灰对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的吸附必然伴随着水分子的脱附,水分子脱附产生的熵值增加量大于Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子被吸附的熵值减少量,造成整个体系的焓变为正值;然而,当反应温度达到50 ℃时,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率又略有降低。这是因为在溶液吸附中,当反应温度持续升高时,边界层厚度减小,此时被吸附物质的逃逸趋势增大,溶剂脱附造成的熵增加小于溶质吸附造成的熵减小,此时体系的焓变为负值,因而Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的去除率减小。本试验温度控制在25~30 ℃时,能够获得较好的去除率。
2.6城市污泥灰吸附Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的机理
(1) 静电吸附 由于污泥灰还含有CaO 和其他少量碱金属氧化物及碱土金属氧化物,当污泥灰投加到溶液中时,CaO 等碱金属或碱土金属氧化物与水反应生成碱,使溶液呈弱碱性。污泥灰颗粒表面的二氧化硅在碱性条件下, 会发生化学解离而产生可变电荷,从而使颗粒表面部分带负电荷,而Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子带正电荷,因此Cu2+、Zn2+、CuOH+和 ZnOH+很容易被吸附在污泥灰颗粒表面[9]。
(2)表面配位吸附 Pan S C等报道了污泥灰颗粒表面的氧化硅、氧化铝在水溶液中能够与金属离子发生配位反应[10]。这种配位反应包括单齿配位体和二齿配位体两种形式。
(3) 阳离子交换吸附 由于污泥灰比表面积较大,且结构多孔,Si、Al、O和C原子在燃煤过程中可能已经形成一些三维孔洞结构,K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子补偿过剩电荷,当这些污泥灰被投加到水溶液中时,能与水溶液中的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子发生阳离子交换作用,这表明离子交换吸附是污泥灰吸附Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的主要方式,况且污泥灰中碳的含量越高,则比表面积越大,阳离子交换容量(CEC) 越大,去除Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的能力也越强。
污泥灰中一般含有的少量Na2O和CaO,能溶于水,使溶液呈碱性,起始pH值大于6时,致使Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子形成M(OH)2沉淀最后从溶液中去除。
3 结 论
(1)城市污泥灰吸附剂对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子具有很好的吸附性能,在相同条件下,对于Cu(Ⅱ)离子的去除能力和效果优于Zn(Ⅱ)离子。
(2)城市污泥灰对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的吸附一般在80 min 即可达到吸附平衡。
(3)Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子最佳吸附去除条件为:pH值5.5~6.0,吸附剂的用量>15.0 g/L,溶液的起始浓度≤25 mg/L,而吸附温度对去除率的影响较小。
(4)城市污泥灰对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子的吸附是静电吸附、离子交换和表面配位吸附共同作用的结果。
摘要：通过分光光度法研究了城市污泥灰(MSSA)去除水溶液中铜(Ⅱ)、锌(Ⅱ)离子的情况,试验了MSSA对金属离子的去除效果,考察了起始pH值、吸附剂用量、金属离子浓度和吸附时间对铜(Ⅱ)、锌(Ⅱ)离子去除率的影响。结果表明,MSSA对铜(Ⅱ)、锌(Ⅱ)离子具有较强的吸附性能,吸附达到平衡时的接触时间为80min,pH值为5.5～6.0,吸附剂最佳用量为15.0g/L时,去除率在90%以上。静电吸附和离子交换是主要吸附形式。该吸附剂吸附性能优越,可有效地去除废水中相关金属离子。
关键词：污泥灰,铜(Ⅱ),锌(Ⅱ),等温吸附,机理
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