环境保护科学第２８卷总第１０９期２００２年２月 铁氧体法处理含Ｚｎ抖、Ｎｉ ＋废水研究 Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｚｎ抖、Ｎｉ。 ｂｙ Ｆｅｒｒｉｔｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ 汤 兵 （广东工业大学环境工程系 广州 ５１００９０） 张俊浩 （广东工业大学实验中 ） 摘要宴验研究了拽氧体法赴理舍锌、镍混合直水的工艺备件。在ｐＨ＝８．０～１０．０，２￣Ｆｅ抖： Ｉ ～≤８（Ｍ： “皮水中总 ．高子含量计）・外加磁场强度为２００Ｔ的条件下ｔ锌、镍离子能够同时去嘹．其去睛率可这９９ 以上．沉渣院降时间可缩短为 １０ｍｉｎ。 关键词铁氲体座水处理ｚｎ抖Ｎ产一 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ・ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｗａ．￣ｔｅｗａｔｅｒ ｃｏ，ｌｔａｌｎｉｎｇ Ｚｎ ，Ｎｉ ｗｉｔｈ ｆｅｒｒｉｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓ＊Ａｒｅｒ￣，５ｔｕｄｉｅｄ， Ａｔｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐＨ ８－０～１Ｏ・０・２≤Ｆｅ ：Ｍ抖≤（Ｍ ｂａｓｅｄ Ｄｎｔｈｅｔｏｔａ１］ｏｔｔｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ），ｅｘｔｒａｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｄ［ｎｔｅｎ— ｓｉｔｙ ２００Ｔ・Ｚｎ”・Ｎ Ｌ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｍｏｖｅｄ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｂｏ＇，＇ｅ ９９ ．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃ［ｐｉｔａｔｅ ｔｉｍｅ ｕｏｕ１ｄ ｂｅ ｈｏｒｔｅｎ ｔｏ １０ ｍｉｎｕｔｅＳ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｆｅｒｒｉｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｚｎ： Ｎｌ 淀工艺，可以较好地克服如此缺路，还能充分利用 １前言 东莞某五金厂以锌、镍为主要的电镀原料，工 艺中产生了含锌、镍的重金属废水，该厂采用了氢 氧化物沉淀法对其进行处理，但处理效果井不太理 想，出水经常超标．经过现场考察及分析，超标的原 因可能在于以下几点： 原有构筑物及设备以节省工程投资。 ２理论分析 铁氧体即为铁离子与其它金属离子组成的氧 化物固溶体－该工艺最初由日本电气公司研制成 功。铁氧体固溶体具有较高的稳定性且具有磁性， 易于实现固液分离井无二次污染，在处理重金属废 水方面具有独到的优点。 根据形成铁氧体形成的工艺条件，可分为氧化 法和中和法，氧化法需要加热和通气氧化，要求舔 加新的设备，而中和法可以通过适当控捌加人废水 （１）锌的氢氧化台物为两性化合物，ｐＨ值过 高或过低，均能使沉淀返溶而使出水超标； （２）镍的氢氧化物颗粒细微，形成胶体，不容易 沉降，出水带有镍化合物｛ （３）废水水质不稳定，锌、镍含量波动过大，超 出处理工艺的操作适应范厨，致使出水超标排放 由于出水不能达到当地所执行的排放标准 （ＧＢ８９７８—１ ９９６一级标准），厂方每月交纳大量排 污费，且当地环保主管部门责令其限期治理＋因此 该厂将对原有的处理工艺进行改造，以达到当地的 环保要求。 中亚铁离子和铁离子的浓度等条件形成铁氧体“－， 可以不必增加设备，投资费用较低。其形成铁氧体 的原理可由下式表示： Ｍ ＋Ｆｅ计＋Ｆｅ¨＋ＯＨ一— Ｍ・Ｍ（（）Ｈ） ・Ｆｅ（（）Ｈ） ＋Ｆｅ（ＯＨ） 一复合铁氧体 在形成铁氧体的过程中，重金属离子通过包 裹、夹带作用，填充在铁氧体的晶格中．并紧密结 合，形成稳定的固溶物。研究表明 ：锌、镍等金属 鉴于锌、镍氢氧化和的沉淀本身的化学特性， 原处理工艺的缺陷是显而易见的。利用铁氧体共沉 收稿日期２ＯＯＯ—ｌＯ—ｌ２ ＊环境工程系９９届毕业生黄涛同学参与了部分试验工作 １２ 一维普资讯 http://www.cqvip.com
铁氧体法处理台Ｚｎ 、Ｎｉ“废水研究汤兵 离子较容易与铁离子形成铁氧体，因此，可望利用 铁氧体共沉淀工艺将该五金厂的废水处理设施进 行改造并实现废水的达标排放。 离子的浓度大小．加人不同质量的亚铁、高铁．再用 ２Ｏ 氢氧化钠溶液调节ｐＨ值，中速搅拌反应１Ｏ～ ２０ｒａｉｎ，再沉降３０～６０ｍｉａ，吸取上清液并测定其中 剩余的锌、镍离子的浓度。 ３实验 ３．１试剂 ４结果讨论 对于铁氧体共沉淀处理工艺，影响处理效果的 硫酸亚铁为Ａ．Ｒ级试剂，氢氧化钠、盐酸、三 氯化铁均为Ｃ．Ｐ级试剂 ３、２废水 东莞某五金厂混合废水，台锌６０～２３５／ｍｇ・ Ｉ 、镲８Ｏ～２１０／ｒａｇ・Ｌ～，ｐＨ＝１．８～３．２ ３、３仪器 ｐＨＳ一２５型酸度计 上海虹益仪器厂 因素主要有ｐＨ值、投料比、废水金属离子的浓度 等，另外，为使加快沉淀过程，在沉淀时引入了外部 磁场，试验中考察了这几个因素对最终处理效果的 影响。 ４．１ ｐＨ值的影响 根据前述形成铁氧体的原理可以知道：溶液中 上海第二天平仪器厂 存在的ＯＨ一离子参与生成铁氧体的化学反应，则 广州电热设备厂 天津矿山仪器厂 ＭＰ２００Ｂ型电子天平 ＸＹ－－３Ｃ远红处线烘炉 ＸＣＧ一７３型磁选管 ３．４实验方法 溶液ｐＨ值对形成铁氧体有直接的影响 为此．我 们利用模拟料液考察溶液ｐＨ值对处理效果的影 响。 Ｚ－－８０００原子吸收分光光度计１３本日立公司产品 根据前人的研究结果 “‘ ：溶液中亚铁、高铁 离子的摩尔比保持为ｌ：２，并根据废水中重金属 按照文献 的结果．实验条件初步设定为 Ｆｅ“：Ｍ”－￣－２０、ｐＨ≥７．５．实验结果列于表１ 表１ ｐＨ值的影响／ｍｇ・Ｌ 由表结果可知：在Ｆｅ“：Ｍ“≈２０的情况下， Ｚｎ抖、Ｎｉ抖的去除率均在９９ 以上，上清液中 ４．２投料比的影响 因高铁、亚铁离子的摩尔比已确定为２：１，所 Ｚｎ“、Ｎｉ”的剩余浓度均小于ＧＢ８９７８一ｌ９９６一级 标准相应的规定直，在ｐＨ７．ｊ～１０的范围内，随着 ｐＨ值的上升，ｚｎ 、Ｎｉ 的剩余浓度在随之下降， ｐＨ值超过１０．０后，ｚｎ“的剩余浓度保持不变，去 除基本完全，雨在ｐＨｉ－１０．４后，Ｎ＿ｎ十的剩余浓度 反而有所上升，表明溶液ｐＨ过高之后，并不利于 镍铁氧体的形成，因此，反应时溶液ｐＨ值可控制 在７、５～１０．０之问。实验中还发现：随着ｐＨ值的 增大，沉渣的颜色由褐色向黑色加深。在ｐＨ７．５～ ８．０范围内．沉渣颜色为褐色，基本无磁性，而在 ｐＨ≥８．０后．所生成的沉渣基本上是黑色，且带有 一以投料比例一般以亚铁离子与废水中其它重金属 离子的比例计量。一般认为：投料比增大，有助于铁 氧体的形成，在表１的试验中，Ｆｅ ：Ｍ 取为２Ｏ， 出水中剩余锌、镍离子的浓度远低于排放标准，但 相应投加的药剂也相对较高，兼顾运行费用及达标 排放的要求，投料比可考虑适当减少，投料比的影 响见表２。 从表２所列的实验结果可知：在其它条件一定 的情况下，随着投料比的增大，上清液中剩余 Ｚｎ 、Ｎｉ 的浓度随之下降，在投料比Ｆｅ“：Ｚｎ ≥２的条件下，可保证出水中Ｚｎ。 的浓度值达到 ＧＢ８９７８—１９９６一级标准，而在投料比Ｆｅ ：Ｚｉ 一定的磁性，表明其主要成分为铁氧体。 １ ３— 维普资讯 http://www.cqvip.com
环境保护科学第２８卷总第１０９期２００２年２月 ≥１的条件下．可保证出水中Ｎｉ“的浓度达到 ＧＢ８９７８一】９９６最高允许排放浓度。应该指出的 往往随着生产任务的不同呈现波动的情况 原处理 过程则因此常出现超标排放的现象．为此．本文科 铁氧体工艺的适应性也作了相应的研究 为此，取 不同浓度的废水，在相同的实验条件下进行怂理、 是：仅靠调节溶液ｐＨ埴产生沉淀（此时投料比 Ｆｅ ；Ｍ 一Ｏ）．是难以保证达标排放的，这同实 际处理过程的结果是一致的 根据实验结果及上述 分析，投料比（Ｆｅ ：Ｍ ）在２～２１的范围内均能 保证达标排放，但为减少消耗及降低处理成本．投 料比（ｂｅ“：Ｍ“）可控制在２４８的范围内。 测定出水中剩余锌、镍离子的浓度。为保证数据卣｛】 可比性．药剂的加＾量以锌、镍离子的最大浓度为 基准，即保持在最大锌、镣离于浓度下的投料比为 Ｆｅ Ｍ ；４．此时Ｆ 的浓度为，ｏ２２．０／ｒａｇ・ ４．３工艺稳定性研究 在实际生产过程中，废水中重金属离子的浓度 ｉ，～，废水ｐＨ值调节为８．０／ｒａｇ・ｔ 、工艺稳定实 验结果觅表３ 衰３工艺稳定蜜齄结果／ｍｇ・１ 由实验结果可知：锌离子浓度在６０．２～ ２３０．５／ｍｇ・Ｉ，＋镍离子浓度在８２．５～２０８．４／ｍｇ ・Ｉ， 的范围内，处理结果均能达到一级摊放标 准，且出水中剩余重金属离子浓度保持稳定均一。 由表２、３的实验结果及分析可知：为保证出水中剩 余锌 镍离子能够稳定达标，Ｆｅ 的投人量应保证 其为废水中总离子量的２倍以上 ４．４沉渣的｛冗降特性 原处理工艺中生成的是锋、镍离子的氢氧化物 沉降管．测定在不同磁场强度一Ｆ，沉渣沉降完全Ｅ斥 需的时间，结果示于网１‘实验条件为ｐＨ一８ ５． ： ：Ｍ ：＝４） ！ 目 叵 留 盘 蛙 沉淀，其颗粒细微．沉降速度慢．出水中带有部分沉 淀，从而影响出水质量。锌、镍离子与铰离子形成铁 氧体后，本身带有一定的磁性，可利用外加磁场的 作用加速沉渣的沉降过程。实验中，利用１００ｃｍ的 １４ 碰筠强擅 固１沉涪嚣辟特性 在无外加磁场的情况下，在１００ｅｒａ中的沉降 维普资讯 http://www.cqvip.com
铁氧体法处理含Ｚｎ 、Ｎｉ“废水研究管内，沉渣沉降完全需要１ｈ左右，而外加磁场强度 达２００Ｔ时，沉降时间缩短至１０ｒａｉｎ，随着外加磁场 汤兵 （３）铁氧体处理工艺过程简便易行，可在原有 处理工艺的基础上稍加改造即可实现。 参１．张选科强度的增大，沉降时间有所缩垣，但缩短幅度并不 太大。本试验外加磁场为电磁场，磁场强度与电流 的关系为：１Ａ≈５９０Ｔ，故维持线圈中电流在０．４Ａ 左右．可保证沉渣较快下沉。 用铁氧体法治理巾试室废水中重金属的研究．重庆环境 保护．１９８３《６＇：２１ 考文献 ２王绍文．齐龙武．铁氧体趾理重金埔废水竹宴践与发展．城市环 ５结论 （１）利用铁氧体法处理古锌、镍离子陂水，处理 效率高，具有较广的适应范围，在同一条件下可实 现两种离子的同时去除。 境与城市生卷，ｌ９９２．５（２）：２１ ３．许孙曲工业废水铁氧体净水技米的理论分析．环境科学．１９８４ ５ｆ５】：２， ４ ｒｌ蜩曾恒兴．铁氧体处理含重金属污水研究现状及展望．环境 科学：９９２ １３ ｃ２１：５９． ｔ２）试验得出铁氡体法处理锌、镍废水的适宜 工艺条件为： ｐＨ一８．Ｏ～１０．０ ２≤Ｆｅ ｉ Ｍ ≤８（Ｍ“以 ５．魏振抠．蚨警【体法处理古铬虞水工艺条｝牛探讨．化］‘环保１９９８ ｌ８（１）：３３ ６，李军．蚨氧体捉捷法趾理重盒腻废水．电镀与环但．】９９９ １９ ｒ１１ ３Ｏ 废水中总离子含量计） 外加磁场强度为２００Ｔ。 ｔ上接第８页） ７０流失严重，水质含沙量大，是造成水质污染的主要 原因。此外，河流水量大时地表径流加大．大量污染 物质随泥沙进入水体。 —｝ 曼筮 ５ ９９６ １９９７ １９９８ Ｉ９０９ ２０００ （２）浑河属于典型的人工受控河流，抚顺、沈阳 二河段已形成城市排污受纳永体．水环境治理和改 善任务还很艰巨，虽然目前未呈恶化趋势，但基本 还处于劣Ｖ类水体状态。 一一化学需槭ｌ盈 一 高娃喧盐指戥 ４结论 “九五 期间，沈阳市环境空气质量明显改善． 总悬浮颗粒物、二氧化琉、硫酸盐化速率和铅的浓 度年均值降幅均在３７ 以上，其中２０００年铅浓度 年均值达到环境空气质量标准。总悬浮颗粒物浓度 年均值首次达到国家环境空气质量三级标准。 地表水环境质量基本处于同一污染水平．虽然 圈４ 九五 帮问浑；碍沈阳雁主要污鬻指标卑际蕈化 综台污染指数评价结果：浑河沈阳段１９９６～ ２０００年综台污染指数范围为１５．２～２５．１，水质基 本处于统一污瓣水平，１９９８年为最低值，２０００年为 最高值 “九五”期间浑河沈阳段水质综合污染指数 变化见阿５。 ３０ ２５ 受城市经济活动和人口因素的影响．使城市污水排 放量有所增加，但污染物总量和污染趋势未见恶 化。辽河沈阳段１ ９９７年以来出境断面水质优于入 境断面．结束了辽河流经沈阳污染加重的历史。浑 河沈阳段污染状况仍然严重．亟需治理。 ９９６ Ｉ ９９７ １ ９９８ Ｉ９９９ ２０００ 巅２０ 磊１ ： １０ ５ Ｏ 囤ｊ 九五 期间浑河沈阳段水质综台污染指数变化 ３．３污染及变化原因分析 （１）辽河污染及变化原因分析。辽河上游水土 一ｌ５
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