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铅蓄电池废水处理技术
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2015-4-30
 

铅蓄电池废水主要来自化成、涂片等生产过程,废水为酸性(一般pH<2),主要污染物为一类重金属污染物。吸附法作为常用的铅蓄电池废水的处理方法,简单而高效,在去除重金属和难降解污染物方面有独特优势。吸附材料可分为多孔吸附材料和无孔吸附材料,从环境领域应用的角度看,除了常见的活性炭、树脂和活性氧化铝外,其他得到实际推广应用的吸附材料很少〔1〕。因此,针对铅蓄电池废水的处理,开发高效的吸附材料有很大的市场前景。

电气石是一种典型的高温气成矿物,具有自发极化效应,是高硬度机械化学性稳定不溶于酸的矿物晶体,用于污水处理,通过其晶体表面静电场的作用,将重金属离子吸附到晶体负极,与电气石表面由羟基离解而产生的OH-发生反应,形成相应的沉淀或碱式盐析出,而水中有益成分K+、Na+等则不发生反应,仍保留在水中,具有天然净化的优点。通过水流搅动很容易使沉降物脱离电气石表面,不会达到饱和极限,反应连续不断地进行,电气石材料可持续使用〔2〕。国外电气石已经被应用于水处理中,在我国废水处理尚无应用案例。我国电气石资源十分丰富,总量超过10亿t,资源潜力非常巨大〔3〕。研究探索这种天然矿物材料在废水处理中应用具有广阔的前景。

1 实验部分
主要进行电气石对蓄电池铅酸废水吸附效果的研究,研究吸附剂粒径及投加量、吸附温度、吸附时间、废水的初始pH等条件对吸附效果的影响。

1.1 实验材料
电气石粉:产自河北省的铁电气石,其主要成分(以质量分数计)包括:SiO2 34.23%、Al2O3 32.13%、FeO 13.29%、B2O3 10.15%、MgO 3.89%、Fe2O3 2.80%、Na2O 1.78%、H2O 1.20%、TiO2 0.20%、MnO 0.33%。

铅蓄电池废水:取自某铅蓄电池车间排水,其中总镉质量浓度为0.2~1.5 mg/L,总铅质量浓度为18~41 mg/L。

仪器:ORION-CHN868型pH计,美国Thermo Orion公司;磁力加热搅拌器,金坛市万华实验仪器厂;AA-670型原子吸收分光光度计,日本岛津公司。

1.2 实验方法
采用静态吸附试验,为保证实验数据的准确性,每次条件改变进行3次平行实验。

2 讨论与分析
 
2.1 溶液pH对镉、铅去除率的影响
分别取500 mL铅蓄电池重金属废水,其中总镉质量浓度为1.5 mg/L、总铅质量浓度为35 mg/L,调整溶液pH分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10,投加2.0 g粒径为0.5 μm的电气石粉,电磁搅拌25 min后,取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率,结果见图 1。

 

图 1 废水pH对镉、铅去除率的影响  

从图 1可知,在pH为3~6的范围内,随着废水pH的增加,镉、铅的去除率呈上升趋势,当pH达到6时,废水总镉质量浓度降到0.014 mg/L、总铅质量浓度降到0.35 mg/L。在pH为6~8的范围内,电气石对重金属镉、铅的吸附作用保持稳定,处理效果显著。这是因为,当废水的pH过低时,大量的氢离子会与电气石表面释放出的负离子反应,使之质子化程度增高,将会使电气石对重金属离子产生排斥力,不利于吸附反应的进行〔4〕。本实验中,有效去除镉、铅的最佳pH=6。

2.2 电气石粒径和用量对总镉和总铅去除率的影响
取500 mL铅蓄电池重金属废水,其中总镉质量浓度为1.5 mg/L、总铅质量浓度为35 mg/L,投加粒径分别为0.5、1.0 μm的电气石0.1~2.0 g,电磁搅拌25 min后,取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率,结果见图 2、图 3。

 

图 2 电气石粒径0.5 μm时电气石用量与镉、铅去除率   

 

图 3 电气石粒径1.0 μm的电气石用量与镉、铅去除率关系   

从图 2、图 3可知,投加粒径为1.0 μm的电气石,当电气石投加质量为1.3 g时,镉、铅的去除率趋于稳定,此时废水总镉质量浓度降到0.015 mg/L、总铅质量浓度降到0.52 mg/L。投加粒径为0.5 μm的电气石,当电气石投加质量为0.9 g时,镉、铅的去除率趋于稳定,废水总镉质量浓度降到0.015 mg/L、总铅质量浓度降到0.52 mg/L。可知,当电气石粒径降低一半时,其使用量可降低约30%。这是由于一方面电气石粒径越小,比表面积就越大,天然电极性越强,表面断键数目增多,提高了其自发吸附外来的离子或原子的能力;另一方面,粒径小的电气石接触水分子机会多,并随之发生羟基化反应,这种表面羟基在遇到极性水分子时,容易被水吸引,形成OH-,更容易使重金属离子生成沉淀。本实验中,采用粒径0.5 μm的电气石粉处理实验废水时,以投加质量浓度为1.8 g/L最优。

2.3 反应时间对总镉和总铅去除率的影响
取500 mL铅蓄电池重金属废水,其中总镉质量浓度为1.5 mg/L、总铅质量浓度为35 mg/L,调节pH=6,分别投加粒径为0.5 μm的电气石1.0 g,改变电磁搅拌时间,在不同的反应时间取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率,结果见图 4。

 

图 4 电气石反应时间与镉、铅去除率关系 

从图 4可以看出,电气石对铅的吸附快于对镉的吸附,反应6 min时,电气石对铅的吸附效果显著,总铅质量浓度降到1.4 mg/L;而此时镉的去除率仅有55%。随着反应时间的延长,镉在6~18 min区间去除率迅速增加,到达20 min时,废水总镉去除率趋于稳定,总镉质量浓度降到0.038 mg/L,总铅质量浓度降到0.7 mg/L。因此,在铅蓄电池重金属废水处理过程中,反应时间宜选在20 min。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3 结论
实验表明,电气石粉适用于对铅酸重金属废水中铅、镉的吸附处理。使用粒径为0.5 μm电气石处理铅蓄电池重金属废水,其中总镉质量浓度为1.5 mg/L、总铅质量浓度为35 mg/L,在反应pH=6,吸附时间为20 min,电气石投加质量浓度为1.8 g/L时,出水可达到《电池工业污染物排放标准》(GB 30484—2013)中第一类污染物最高允许排放标准,即总镉<0.05 mg/L,总铅<0.7 mg/L的要求。

 
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