膨润土吸附去除铜冶炼废水中的铜离子.pdf

第5 9 卷第l 期 2 0 07 年2 月 有色金属 N O i l f e I T O U SM e t a l s V 0 1 ．5 9 ．N O ．1 F e b r u a r y2007 膨润土吸附去除铜冶炼废水中的铜离子 王湖坤1 ，一，龚文琪2 ，李凯2 1 ．湖北师范学院，湖北黄石4 3 5 0 0 2 ；2 ．武汉理工大学，武汉4 3 0 0 7 0 摘要研究以膨润土吸附铜冶炼废水中的C u 2 。结果表明，不需要调节p H ，膨润土用量为0 ．1 9 ／m L ，搅拌时间为1 0 ～ 1 5 m i n ，操作温度为3 0 ～4 0 ℃，铜冶炼废水中的C u z 的去除率达9 9 ．4 4 ％，处理后水中残留C u 2 浓度为0 ．0 2 5 9 ／m L ，远低于国家污 水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 的一级标准。相对于其他处理方法，该方法具有工艺简单、成本低廉、处理效果好等优势，具有良 好的应用前景。 关键词环境工程；铜冶炼废水；吸附；膨润土；c u 2 中图分类号X 7 0 3 ；X 7 5 8 ；T F 8 1 1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 1 0 1 0 8 0 3 铜冶炼废水是在炼铜生产过程中排放的废水， C u 2 含量较高，严重污染环境，危害人体健康，必须 加以处理，使其达标排放。处理铜冶炼废水通常采 用的方法是加入石灰乳中和，产生重金属氢氧化物 沉淀，这种方法不仅成本较高，而且产生了大量的化 学污泥，造成二次环境污染⋯1 。 膨润土是一种以蒙脱石为主的黏土矿物，来源 广泛，价格低廉，具有良好的吸附性能，近年来受到 国内外环境工程界的重视【2J 。国内外用膨润土处 理含重金属模拟废水的研究较多，但几乎没有直接 用膨润土处理铜冶炼废水的报道H 。9J 。研究用提 纯膨润土处理铜冶炼废水的适宜条件，为切实解决 铜冶炼废水C u 2 的污染进行了有益的探索。 1实验方法 1 ．1 试验原料 所用膨润土是湖北鄂州出产的商品膨润土，X 射线荧光光谱仪定量分析其主要化学组成为 ％ S i 0 2 ，7 4 ．0 1 ；A 1 2 0 3 ，1 3 ．2 8 ；F e 2 0 3 ，1 ．0 2 ；T i 0 2 ，0 ．0 9 ； C a O1 ．5 9 ；M g O2 ．7 9 ；K 2 0 ，0 ．2 3 ；N a 2 0 ，0 ．2 2 ；S 她， 0 ．0 5 ；M n O ，0 ．0 8 ；S 0 3 ，0 ．0 6 ；P 2 0 5 ，0 ．0 2 ；I ．L ，6 ．2 3 。 X 射线衍射仪分析表明，膨润土的晶面距d0 0 】值为 收稿日期2 0 0 5 1 1 2 2 基金项目国家“9 7 3 ”计划项目 2 0 0 4 C B 6 1 9 2 0 4 ；教育部科学技术 研究重点项目 0 2 0 5 2 作者简介王湖坤 1 9 6 5 一 ，男，湖北黄石市人，教授级高工，博士 生，主要从事固体废物处理与利用等方面的研究； 龚文琪 1 9 4 8 一 ，男，武汉市人，教授，博士，博士生导 师，美国纽约科学院院士。主要从事矿物加工与资源综 合利用等方面的研究。 1 ．5 4 9 1 9 n m ，属钙基膨润土。 铜冶炼废水取自湖北黄石某冶炼厂生产废水， p H 3 ．2 8 ，C u 2 浓度为4 ．4 4 8 m g ／L 。 1 ．2 测试仪器 试验所用仪器主要有D ／M A X R BX 射线衍射 仪、A x I O SX 射线荧光光谱仪、O R z 0 N 8 1 8 酸度计、 K W Y ．5 0 0 ．1 电热干燥箱、8 0 0 电动离心沉淀器、 H Z Q , C 空气浴振荡器, J Y 3 8 p t u s 等离子体单道扫描 直读光谱仪 I C P A E S 。 1 ．3 试验过程 1 ．3 ．1 膨润土提纯。取8 0 9 膨润土加入8 0 0 m L 蒸 馏水中，配成1 0 ％的矿浆溶液，搅拌3 0 m i n ，使膨润 土充分分散于水中，然后静置3 0 m i n ，待分层后固液 分离。如此循环3 次，制得高纯度的提纯土。提纯 土的产率在6 5 ％左右。 1 ．3 ．2 铜冶炼废水处理。在5 0 0 m L 烧杯中加入 1 5 0 m L 铜冶炼废水，加入一定量的提纯膨润土，充 分搅拌反应后，离心沉淀，取出上清液，用等离子体 单道扫描直读光谱仪 I C P A E S 测定C u 2 浓度，计 算去除率。 2 试验结果与讨论 为了简化处理工艺，降低处理成本，试验均在铜 冶炼废水的自然p H 即不需要调节p H 的条件下进 行。考查了膨润土用量、搅拌时间及温度等因素对 C u 2 去除率的影响。 2 ．1 搅拌时间的影响 在温度为3 0 ℃、膨润土用量为0 ．0 2 9 ／m L 的条 件下，试验了搅拌时间对去除铜冶炼废水中C u 2 的 影响，结果见图1 。由图1 可以看出，搅拌时间为 万方数据 第1 期王湖坤等膨润土吸附去除铜冶炼废水中的铜离子1 0 9 1 0 r a i n 时，C u 2 的去除率最高，1 0 m i n 以后，延长搅 拌时间C u 2 的去除率降低。因此，搅拌时间以 1 0 m i n 为宜。 2 ．2 温度的影响 在膨润土用量为0 ．0 2 9 ／m L 、搅拌时间为1 0 m i n 的条件下，温度对去除铜冶炼废水中C u 2 的影响如 图2 所示。由图2 可以看出，温度为4 0 ℃时，C u 2 的去除率最高，温度超过4 0 ℃，随着温度的升高， C u 2 的去除率反而降低。因此，温度以4 0 ℃为宜。 ， ■ b 吕 趟 避 疑 絮 “j U 零 锝 稍 鬣 ’ U 图1 搅拌时间对去除效果的影响 F i g ．1 E f f e c to fm i 】【i n gt i m eo nr e m o v a le f f i c i e n c y ， ■ 如 g 趟 装 汪 馥 “j U 术 静 稍 篮 ‘1 j U 图2 温度对去除效果的影响 F i g ．2 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nr e m o v a le f f i c i e n c y 2 ．3 膨润土用量的影响 在温度为4 0 ℃、搅拌时间为1 0 m i n 的条件下， 膨润土用量对去除铜冶炼废水中C u 2 的影响见图 3 。由图3 可以看出，膨润土对C u 2 的去除效果随 着用量的增加而增加，当用土量超过0 ．1 9 ／m L 以 后，C u 2 去除效果增加趋势缓慢。当膨润土用量为 0 ．1 9 ／m L ，C u 2 的去除率达8 9 ．8 ％，分离液中C u 2 浓度低于0 ．5 m g ／L ，已达到国家污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 的一级标准。从效果和成本的角 度考虑，确定膨润土用量为0 ．1 9 ／m L 。 2 ．4 最佳条件试验 f 汕 吕 魁 爱 驻 ’’j U 枣 瓣 稍 篮 ⋯j U 膨润土．} f j 莹／ g m L “ 图3 膨润土用量对去除效果的影响 F i g ．3 E f f e c to fb e n t o n i t ed o s a g eo nr e m o v a le f f i c i e n c y 在各个单因素试验的基础上，为了探讨膨润土 对铜冶炼废水中C u 2 的最佳去除效果，选用L 4 2 3 正交表进行了三因素二水平正交试验，结果见表1 。 表1 正交试验结果 T a b l e1 O r t h o g o n a lt e s tr e s u l t s 表1 中数据表明，膨润土用量为最显著影响因 素，三因素的重要性顺序为膨润土用量 搅拌时间 处理温度。四次正交试验分离液中C u 2 浓度均 远低于国家污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 的 一级标准。在序号2 和序号3 的正交试验中，C u 2 的去除率均达到9 9 ．4 4 ％。综合试验结果显示，用 膨润土吸附铜冶炼废水中的C u 2 ，在废水自然p H 下，稍微加热甚至在常温下，搅拌1 0 ～1 5 m i n ，膨润 土用量0 ．1 9 ／m L ，可取得满意的效果。 3结论 用膨润土吸附铜冶炼废水中的C u ”，不需要调 节p H ，膨润土用量为0 ．1 9 ／m L ，搅拌时间为1 0 ～ 1 5 m i n ，操作温度为3 0 ～4 0 ℃，C u 2 的去除率达 9 9 ．4 4 ％，处理后水中残留C u 2 浓度为0 ．0 2 5 9 ／m L ， 远低于国家污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 的 一级标准。相对于其他处理方法，该方法具有工艺 简单、成本低廉、处理效果好等优势，具有良好的应 用前景。 万方数据 1 1 0有色金属第5 9 卷 参考文献 [ 1 ] 王湖坤．铜冶炼厂污水治理技术及建议[ J ] ．工业安全与环保，2 0 0 3 ，2 9 1 1 1 3 一1 5 ． 2 ] 吴平霄．粘土矿物材料与环境修复[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 4 2 7 6 2 8 0 ． [ 3 ] N a s e e mR ．R e i n o v a lo fP b 2 f r o ma c i d i cs o l u t i o nb yu s i n gb e n t o n i t ea s a na d s o r b e n t [ J ] ．W a tR e s ，2 0 0 1 ，3 5 1 6 3 9 8 2 3 9 8 6 ． [ 4 ] 陈林，谭欣，马红钦，等．膨润土的改性及对重金属离子吸附研究进展[ J ] ．现代化工，2 0 0 2 ，2 2 增刊 8 8 9 0 ． [ 5 ] 杭瑚，胡博路，马兵，等．膨润土吸附一絮凝法处理污水中的重金属离子[ J ] ．环境科学研究，1 9 9 4 ，7 1 4 8 5 2 ． [ 6 ] 金辉．膨润土对汞的吸附性能研究[ J ] ．水处理技术，1 9 9 9 ，2 5 4 2 2 6 2 2 9 ． [ 7 ] A n o o pK a p o o rTV i r a r a g h a v a m ．U s eo fi m m o b i l i z e db e n t o n i t ei nr e m o v a lo fh e a v ym e t a l sf r o mw a s t e w a t e r [ J ] ．J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，1 9 9 8 ，1 2 4 1 0 1 0 2 0 1 0 2 4 ． [ 8 ] 李铮，程鸣．改性膨润土处理酸性含铅废水[ J ] ．污染防治技术，1 9 9 6 ，9 1 ／2 8 6 8 7 ． [ 9 ] 赵晓明，汪红所，孙胜龙，等．改性膨润土去除水中c r Ⅵ 的实验研究[ J ] ．污染防治技术，1 9 9 9 ，1 2 2 1 0 7 1 0 8 ． T r e a t m e n to fC u 2 ．c o n t a i n i n gW a s t e w a t e rf r o mC o p p e rS m e l t e rw i t hB e n t o n i t e W A N GH u k u n1 , 2 ，G O N GW e n q i 2 ，L IK a i 2 1 ．H u b e iN o r m a lU n i v e r s i t y ，H u a n g s h i4 3 5 0 0 2 ，H u b e i ，C h i n a ；2 ．W u h a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea d s o r p t i o np r o c e s so fC u 2 i o nf r o mc o p p e rs m e l t i n gw a s t e w a t e rw i t hb e n t o n i t ei si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u i t ss h o wt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no fn a t u r a lp Ho ft h ew a s t e w a t e r ，0 ．1 9 ／m Lb e n t o n i t ed o s a g e ，1 0 ～1 5m i n m i x i n gt i m e ，a n d3 0 ～4 0 ℃t e m p e r a t u r e ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fC u 2 f r o mc o p p e rs m e l t i n gw a s t e w a t e rb y b e n t o n i t ea d s o r p t i o ni so v e r9 9 ．4 4 ％．t h er e m a i nC u 2 十c o n c e n t r a t i o ni nt h et r e a t e dw a s t e w a t e ri so n l y0 ．0 2 5 g ／m L ，i sm u c hb e t t e rt h a nt h a tf i r s td e g r e er e q u i r e m e n to ft h en a t i o n a ld i s c h a r g es t a n d a r d s ．C o m p a r e dt ot h e o t h e rm e t h o d s ．t h i sp r o c e s si ss i m p l ei nt e c h n o l o g i c a lf l o w s h e e t ，l o wi no p e r a t i o nc o s ta n de x c e l l e n ti nt r e a t m e n t r e s u l t ．T h e r e f o r e ，i th a sb r i g h tf u t u r ei na p p l i c a t i o n ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；w a s t e w a t e rf r o mc o p p e rs m e l t e r ；a d s o r p t i o n ；b e n t o n i t e ；C u 2 万方数据