生物制劑深度凈化高濃度重金屬?gòu)U水的研究.pdf

1、重金屬?gòu)U水是目前重金屬冶煉企業(yè)所面臨的重要環(huán)境問題，盡管可基本達(dá)標(biāo)排放，但排放總量大，又有不少金屬資源流失，回用困難。以株洲冶煉集團(tuán)高濃度重金屬?gòu)U水為對(duì)象，提出并自制“生物制劑A”對(duì)其進(jìn)行處理。在重金屬離子熱力學(xué)的理論計(jì)算基礎(chǔ)上，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)試研究，開發(fā)出了“生物制劑A配位．二段水解．深度脫鈣”新工藝，并且得到如下結(jié)論： (1)繪制了四種金屬離子．水系的pc-pH圖、羥合配離子分率a<,n>-pH圖及四種金屬

2、氫氧化物條件溶度積與pH關(guān)系圖。pc-pH圖描述了四種金屬氫氧化物溶解平衡時(shí)，總離子平衡濃度與pH關(guān)系。pH為8.35～10.82時(shí)Zn(OH)<,2>(固)的溶解度最小，pH為7.32～10.68時(shí)Cu(OH)<,2>(固)的溶解度最小，pH為9.84～13.31時(shí)Cd(OH)<,2>(固)的溶解度最小，pH為10．096～10．997時(shí)Pb(OH)2(固)的溶解度最小。α<,n>-PH圖指出了各種羥合配離子分率與pH關(guān)系，四種金屬羥

3、合配離子都有其最佳的存在pH范圍。pP<,s>-pH圖指出了四種金屬氫氧化物的條件溶度積與pH的關(guān)系，pH在8.0～9.0范圍內(nèi)Zn(OH)<,2>(固)的條件溶度積最小，pH在7.0～9.0范圍內(nèi)Cu(OH)<,2>(固)的條件溶度積最小，pH在9.5～10.5范圍內(nèi)Cd(OH)2(固)的條件溶度積最小，pH在10.3～11.2范圍內(nèi)Pb(OH)<,2>(固)的條件溶度積最小。 (2)考察了生物制劑A的量、配位和水解反應(yīng)時(shí)間、

4、水解最終pH值、絮凝劑PAM加入量和溫度等因素影響。確定了工藝參數(shù)為：生物制劑A的用量是0.5，配位反應(yīng)時(shí)間為15min，水解反應(yīng)時(shí)間為5min，水解反應(yīng)終點(diǎn)pH值為10.0，PAM加入量為0.6mg/L，反應(yīng)過程受溫度的影響不大。針對(duì)幾個(gè)重要的影響因素，設(shè)計(jì)了四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了極差分析和方差分析。結(jié)論表明：Zn<'2+>離子和Cu<'2+>離子濃度隨因素水平不同而有所變動(dòng)，但在所有的范圍內(nèi)都達(dá)到國(guó)家飲用水水源水質(zhì)

5、標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮水解pH值是第一重要影響因素，生物制劑A的量為第二重要因素，配合反應(yīng)時(shí)間和水解反應(yīng)時(shí)間的影響沒有很大區(qū)別。 (3)研究了“生物制劑A配合-二段中和-深度脫鈣”工藝過程特征。水溶液中存在三個(gè)緩沖區(qū)，第一個(gè)緩沖區(qū)pH 3～4，第二個(gè)緩沖區(qū)pH 6～8，第三個(gè)緩沖區(qū)pH 11～12。經(jīng)過處理可以使重金屬?gòu)U水中的Za<'2+>、Cu<'2+>達(dá)到國(guó)家飲用水源的標(biāo)準(zhǔn)，pb<'2+>在0.05mg/L左右，接近國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，

6、而Cd<'2+>也在0.05mg/L，左右。采用堿渣深度凈化Ca<'2+>離子，可以使其脫除至任意濃度。 (4)采用Ca(OH)，2及NaOH作中和劑，控制一定pH值時(shí)，可以使S0<'4><'2->及Na+離子在反復(fù)循環(huán)使用時(shí)保持平衡，不致于發(fā)生累積，一般SO<'4><'2->濃度保持在2000mg/L，之內(nèi)。 (5)通過EDX、紅外光譜和XRD分析剩余廢渣可以推知生物制劑A是一種富含羥基的膠態(tài)粒子，羥基中氧原子的電子結(jié)構(gòu)是1S

7、<'2>2S<'2>2P<,x><'2>2P<,y><'1>2p<'z><'1>，氧原子外層的電子為sp<'3>雜化狀態(tài)，其中有兩個(gè)未共用的電子對(duì)占據(jù)兩個(gè)sp<'3>雜化軌道。在常溫條件下，生物制劑A可與重金屬離子成鍵形成生物配合物，殘?jiān)泻蠴H基團(tuán)、羰基、S0<'4><'2->、C-H鍵等。生物制劑在pH 3～4時(shí)開始水解，誘導(dǎo)生物配位體“凍結(jié)"長(zhǎng)大形成溶度積非常小的、含有多種元素(如Mn、Si、Mg、Al、O、S、Pb、Cd、Ca