草酸生产含铅废水处理工艺研究[1]

草酸生产含铅废水处理工艺研究

刘　芬1　刘文华1　李方文1　刘国胜2　李小江2　娄　涛3

(1湖南科技大学化学化工学院,湘潭　411201;　2株洲市环境保护研究院,株洲　412000;

3株洲市环境监测中心站,株洲　412000)

　　摘要　采用化学沉淀法处理草酸生产中的含铅废水,对沉淀剂做了平行试验,并研究了pH对净

化效果的影响。结果表明,在pH为7～10时,以Ca(OH)2与Na2S为沉淀剂处理该废水可改善沉淀物的沉降和过滤性能,铅的去除率达到9818%。据此设计了一套处理含铅废水的工艺并应用于实际工程。工程实践表明:使用该工艺处理含铅废水,废水总铅浓度可由20～40mg/L降至0138～1184mg/L,铅去除率大于90%,出水达标率9117%～100%。

关键词　草酸生产　含铅废水　化学沉淀法　沉淀剂

　　铅对人体的神经系统、造血系统、消化系统和

肝、肾等器官危害较大。铅中毒会出现高度神经机能障碍,严重时会导致血管壁抗力降低,出现血管痉挛等病症[1]。《污水综合排放标准》(GB8978—1996)将铅列为第一类污染物严加控制,总铅的最高允许排放浓度为1mg/L。

含铅废水可产生于冶金、电池等许多工业部门[2]。株洲市“九五”期间工业废水年均排铅16171t,除有色金属工业外,草酸生产也是含铅废水来源之一,该市铜塘港因长期接纳草酸生产废水,铅污染突出,监测结果表明:1999年铅塘港水总铅浓度超标率100%(Ⅳ类地表水标准总铅≤0105mg/L),草酸生产含铅废水排放源被环境主管部门列为2000年工业污染达标工作监管重点。为此,进行了该废水处理工艺试验研究并应用于污染源治理,取得了满意的效果,草酸生产排铅总量大幅削减,车间排水达标率在9117%以上,近三年铜塘港水总铅浓度年均值比处理工程实施前降低了70161%,地表水环境质量得到明显改善。1　草酸生产与含铅废水

草酸,化学名乙二酸,是一种用途极广的化工原料。草酸工业生产方法主要有甲酸钠法、碳水化合物氧化法、乙二醇氧化法、丙烯氧化法、一氧化碳偶联法等[3]。我国目前小规模草酸生产广泛采用的是甲酸钠法。生产1t草酸产生含铅废水18～25m3,废水水温40～50℃,pH为3～5,总铅浓度20～40

给水排水　Vol130　No111　200450　

mg/L,其中难溶的PbSO4,PbC2O4约占70%,可溶

性铅30%,废水外排,既浪费原料,又污染环境。2　废水处理方法与原理

含铅废水处理方法按铅在废水中的存在形态可

分为化学沉淀法、凝聚沉淀法、氧化还原法、离子交换法、铁氧体法等[2]。

草酸含铅废水中铅的存在形态以PbSO4和PbC2O4为主,其溶解度分别为56mg/L和16mg/L,自然沉淀就能分离不溶性PbSO4,PbC2O4以及粒径较大的悬浮、胶体态颗粒。但铅盐溶解度随pH降低而增加,由于草酸生产酸化过程加入硫酸,在酸性条件下,水温50℃时,废水中可溶性铅高达30%。单一物理方法难以取得满意的处理效果。为探讨不同方法对该废水的适用性,以化学沉淀法为基础,以不同的沉淀剂改变废水中铅的存在形态,使之生成溶解度更小的物质离析出来并沉淀回收,降低废水含铅量。所选工艺配置方案除处理出水达标排放外,还须考虑沉淀物的沉降、脱水性,污泥量以及处理成本等因素。

化学沉淀法包括氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、磷酸盐沉淀法等[4]。211　化学沉淀法21111　氢氧化物沉淀法

氢氧化物沉淀法是向废水中加入石灰或苛性碱等中和剂,使废水中Pb2+生成Pb(OH)2沉淀而除去[5],其反应式为

:

Pb2++2OH-=Pb(OH)2↓

Pb(OH)2溶度积为3×10-15

1000mL,置于2000mL烧杯中,用搅拌机先快搅(400r/min)2min,再慢搅(100r/min)5min,进行

,易于沉淀,但铅

的氢氧化物具两性,如废水碱性过强就可能生成氢氧化铅络离子(如HPbO2-),使沉淀物溶解而影响处理效果,该法除铅的最佳pH较高且范围较窄,废水水质波动会导致最佳pH的差异[2],因此,控制反应的pH是本方法的关键。21112　硫化物沉淀法

静置沉淀试验,在不同静置时间测定上清液含铅量,结果见表1。

表1　静置沉淀试验结果

静置时间/min

1026142518

2019114613

3015185516

6011166714

9091417316

12081577519

上清液含铅量/mg/L3516

去除率/%

硫化物沉淀法是向废水中加入Na2S等沉淀剂,使废水中Pb2+生成PbS沉淀[6],即:

S2-+Pb2+=PbS↓

PbS溶解度很小,其溶度积为314×10-011544mgS2-。21113　磷酸盐沉淀法

28

　　从表1可知,只将废水静置可使不溶性含铅颗

粒(如PbSO4,PbC2O4等)沉淀分离。在1h内能去除废水中6714%的铅,延长静置时间,废水中铅的沉淀作用逐渐减弱,表明该废水中可溶性铅占有相当比例,按此结果可确定草酸含铅废水预处理方法和预沉淀时间。313　沉淀剂比较试验

,在热

水中几乎不溶,每除去1mgPb2+理论上需加入

磷酸盐沉淀法是以Na3PO4作沉淀剂,Na+与废水中Pb2+发生置换反应,形成Pb3(PO4)2沉淀[7],即:

-3Pb2++2PO3=Pb3(PO4)2↓4

为比较各种沉淀剂对废水中Pb2+的净化效果,取废水水样(pH417,总铅浓度3418mg/L)各1000mL,置于2000mL烧杯内,再分别加入Ca(OH)2,NaOH,Na2S,Na3PO4以及Ca(OH)2和Na2S组合沉

在给定温度下的不溶性铅盐中,磷酸铅溶度积最小(8×10-43),其在水中的溶解度也小,有利于Pb3(PO4)2从废水中沉淀析出,降低废水中Pb2+浓

淀剂,用搅拌机快搅(400r/min)2min,慢搅(100r/min)5min,涤纶布过滤,测滤液pH和含铅量,结果见表2。

表2　沉淀剂比较试验结果

序

号

12345

度,该法处理费用较高,处理效果也较好。212　凝聚沉淀法

沉淀剂

Ca(OH)2NaOHNa2SNa

3PO4Ca(OH)2+Na2S

添加原则调pH≈9[5]

同上

10mg/L200mg/L[7]

滤液

pH819913511516912

出水铅

含铅量去除率

/mg/L21780124017901880141

/%

备注

凝聚沉淀法是向废水中投加凝聚剂,形成与废水中杂质微粒带相反电荷的胶体,带异性电荷的微粒相互作用致使含铅胶状物变成不带电的中性微粒而失去稳定性,在分子引力作用下,凝聚成大颗粒而加快沉降速度,实现固液分离。常用的凝聚剂有铝盐、铁盐、高分子凝聚剂(如聚丙烯酰胺)和有机合成凝聚剂[8]。

3　废水处理试验与结果讨论311　试验设备及分析方法

92　过滤较慢9913971797159818

易于过滤不易过滤不易过滤易于过滤

调pH≈9,

Na2S10mg/L

　　试验结果表明,加入各种沉淀剂都可使废水中

铅的去除率达92%以上。NaOH及Ca(OH)2与Na2S组合沉淀剂对废水中铅的去除效果较好;Na2S,Na3PO4在酸性条件下,沉淀物颗粒细小,不易

试验使用pHS2型酸度计,2000型原子吸收仪,磁力搅拌机,50～2000mL烧杯等。酸度计测pH,原子吸收分光光度法测总铅和Pb2+。试验废

沉淀;使用Ca(OH)2,沉淀物松散,渣量大,沉降速度慢,单独采用效果不佳;用Ca(OH)2与Na2S组合沉淀剂,铅的去除效果、沉淀物的沉降速率和稳定性、渣量大小及过滤性能都较好。314　pH对净化效果的影响

给水排水　Vol130　No111　2004

水水样取自株洲某草酸生产厂。312　静置沉淀试验

取废水混合样(pH418,总铅浓度3418mg/L)

51　

用单一Na2S沉淀剂处理草酸生产含铅废水,除铅效果较好,但在酸性条件下沉淀物颗粒较细,不易过滤,为探索pH对废水净化效果的影响,取废水水样5L(pH511,总铅浓度2815mg/L), …… 此处隐藏：5249字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……