草酸生产含铅废水处理工艺研究.pdf

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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

2、可由 20 40 mg/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。5污 水综合 排放标 准6(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 1 mg/L。含铅废水可产生于冶金、电池等许多工业部门2。株洲市/九五0期间工业废水年均排铅 16171 t,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

3、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%(类地表水标准总铅 0105 mg/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

4、模草酸生产广泛采用的是甲酸钠法。生产 1 t 草酸产生含铅废水 18 25 m3,废水水温 40 50 e,pH 为 3 5,总铅浓度 20 40mg/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 56 mg/L 和 16 mg/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

5、 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 e 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

6、应式为:50 给水排水 Vol130 No 111 2004Pb2+2OH-=Pb(OH)2|Pb(OH)2溶度积为 3 10-15,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HPbO-2),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 10-28,在热水中几乎不溶,每除去 1 mg

7、 Pb2+理论上需加入01154 4 mg S2-。21113 磷酸盐沉淀法磷酸盐沉淀法是以 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+2PO3-4=Pb3(PO4)2|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+浓度,该法处理费用较高,处理效果也较好。212 凝聚沉淀法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,

8、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试验使用 pHS2 型酸度计,2000 型原子吸收仪,磁力搅拌机,50 2 000 mL 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(pH 418,总铅浓度 3418 mg/L)1 000 mL,置于 2 000 mL 烧杯中,用搅拌机先快搅(400 r/min)2 min,再慢搅(100 r/min)5 min,进行静置沉淀试验,在不同静置时间

9、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/min01020306090120上清液含铅量/mg/L351626 1 419 1 1151811169 1 418 1 57去除率/%025 1 846 1 35516671473167519 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 1 h 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 沉淀剂比较试验为比较各种沉淀剂对废水中 Pb2+的净化效果,取废水水

10、样(pH 417,总铅浓度 3418 mg/L)各 1 000mL,置于 2 000 mL 烧杯内,再分别加入 Ca(OH)2,NaOH,Na2S,Na3PO4以及Ca(OH)2和 Na2S 组合沉淀剂,用搅拌机快搅(400 r/min)2 min,慢搅(100r/min)5 min,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沉淀剂添加原则滤液pH出水含铅量/mg/L铅去除率/%备注1Ca(OH)2调 pHU9 58192 1 7892 过滤较慢2NaOH同上9130 1 2499 1 3易于过滤3Na2S10 mg/L5110 1 7997 1 7不易过

11、滤4Na3PO4200 mg/L75160 1 8897 1 5不易过滤5Ca(OH)2+Na2S调pH U9,Na2S 10 mg/L9120 1 4198 1 8易于过滤 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

12、 Vol130 No111 200451 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5 L(pH 511,总铅浓度 2815 mg/L),加 Na2S 10mg/L,生成 PbS 沉淀物,再加 Ca(OH)2调 pH,充分搅拌后取 100 mL 混合液过滤,测定含铅量,结果见表 3。表 3 pH对铅去除效果的影响pH5197138109129191113滤液含铅量/mg/L116301940158013301480195 从表 3 可看出,控制 pH 在 7 10,利于除铅,废水净化效果较好。

13、315 凝聚沉淀试验为加强沉淀物凝聚以提高沉降速度,考察能否不经澄清和过滤就使处理废水达标排放。取废水样1 000 mL,用石灰乳调 pH 至 8 9,加 Na2S 10mg/L,再分别投加不同浓度的聚丙烯酰胺,充分搅拌后静置一定时间,取上清液测定含铅量,结果见表 4。表 4 凝聚沉淀试验结果1%PAM投加量/mL原水含铅量/mg/LpH沉降不同时间含铅量/mg/L10 min30 min60 min 120 min布滤 030159114133214611891162018110311481821671196116411430182202917816211811741132110701673

14、0361891211931141111601980160 试验表明:添加 PAM 后沉淀 2 h,废水含铅量仍较高,还需澄清或过滤才能达标排放,因此,添加凝聚剂意义不大。4 处理工艺流程与应用效果411 处理工艺流程株洲有甲、乙两厂皆用甲酸钠法生产草酸,废水排入铜塘港。甲厂年产生含铅废水约 18 万 m3,原废水自然沉淀后外排;乙厂年产生含铅废水约 10 万m3,与煤气净化产生的废碱液中和后外排。根据试验结果,甲厂以 Ca(OH)2与 Na2S 组合作沉淀剂,乙厂因煤气净化产生一种废碱液(含NaOH)可作辅助沉淀剂,能发挥以废治废优势,主要沉淀剂仍为 Na2S。草酸生产含铅废水处理工艺流程见图

15、1。由于在上述试验中,经2 h沉淀后出水图 1 草酸生产含铅废水处理工艺流程的含铅量仍较高,为了增加泥水分离的效果以提高铅去除率,在沉淀池后再加一澄清池。412 应用效果两厂应用本工艺流程处理草酸生产含铅废水,甲厂废水 pH 由 216 315 提高到 6 以上,总铅浓度由 20 35 mg/L 降至 0163 1184 mg/L,总铅去除率平均为 9012%,工程出水达标率 9117%;乙厂废水pH 由 4 5 提高到 8 10,总铅浓度由 20 40mg/L 降至 0138 0198 mg/L,总铅去除率平均为9217%,工程出水达标率 100%,消除了两个重要污染源对纳污水体铜塘港的铅污

16、染。跟踪调查与环境监测表明:近三年两项工程皆运行可靠,铅去除效率稳定,铜塘港水体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。5 结语(1)草酸生产含铅废水中不溶性铅化物和可溶性铅离子共存,采用不同沉淀剂处理废水的铅去除率不低于 92%,从除铅效果、沉淀物稳定性、沉降速率、渣量大小、过滤难易等诸因素考虑,Ca(OH)2与Na2S 组合沉淀剂效果较好。(2)以 Ca(OH)2与 Na2S 为沉淀剂处理含铅废水,在 pH 为 7 10 范围内对铅有较稳定的去除效果,但凝聚剂 PAM 并不能明显增大沉淀物沉降速度,沉淀出水需进一步澄清或过滤。(3)工程应用结果表明,

17、以 Na2S 作沉淀剂主要成分处理含铅废水,控制 pH 在 6 以上,可使铅去除率高于 90%,总铅浓度由20 40 mg/L 降至01381184 mg/L,车间排水达标率大于 9117%,明显改善了纳污水体的环境质量。参考文献1 廖自基.环境中微量重金属的污染危害与迁移转化.北京:科学出版社,1989.33 482 汪大,徐新华,宋爽,等.工业废水中专项污染物处理手册.北京:化学工业出版社,2000.54 6552 给水排水 Vol130 No 111 20043 张敏,韩海波.草酸市场及生产技术现状.贵州化工,1993,(3):23 274 贺俊兰,迟丽荣.化学沉淀法处理含铅废水.工业水

18、处理,1992,12(2):36 375 郑荣光,张丽.白云石灰乳处理含铅废水的研究.环境开发,2000,15(1):35 366 魏先勋主编.环境工程设计手册(修订版).长沙:湖南科学技术出版社,2002.392 3997 曹伟,黄绍德,胡佳山,等.活性磷酸钙处理含铅废水的研究.山东建材学院学报,1998,12(2):165 1678 高廷耀,顾国维主编.水污染控制工程.第二版.北京:高等教育出版社,1999.206 316 x 电话:(0732)8290045 修回日期:2004-5-21 MBR 处理聚乙烯醇废水的试验研究裴义山 杨永哲 王 磊 王志盈(西安建筑科技大学环境与市政工程学院

19、,西安 710055)摘要 理论分析和试验结果表明:采用一体式好氧膜生物反应器(MBR)处理难降解聚乙烯醇有机废水,在 pH 为 7 8,温度为 15 29 e,HRT 为 10 20 h,SRT 为 100 d,进水 COD 为 100 600mg/L 的条件下,系统出水 COD在 40 mg/L 以下,平均为 1515 mg/L,COD 的平均去除率为 9017%。采用好氧 MBR 能有效地处理难降解聚乙烯醇有机废水。关键词 MBR 难降解有机物 固体停留时间Research on treatment of PVA wastewater by MBR processPei Y-i shan

20、,Yang Yong-zhe,Wang Lei,Wang Zh-i ying(School of Environmental and Municipal Engineering,Xip an University ofArchitecture&T echnology,Xipan 710055,China)Abstract:By theoretic analysis,an opinion is offered that membrane bioreactor(MBR)can treatrefractory wastewater efficiently.The experiments result

21、s showthat polyvinyl alcohol(PVA)wastewater which has inflow COD 100 600 mg/L can be treated by MBR under condition of pH=78,T=15 29 e,HRT=10 20 h and SRT=100 d.Effluent with COD less than 40 mg/L(average1515 mg/L)has been obtained.T he overall COD removal rate is 9017%,which verifies the feasibilit

22、yof MBR treating PVA wastewater.Keywords:MBR;Refractory organic substance;Solids retention time陕西省教育厅专项基金资助项目(02JK137)。0 引言难降解有机物是指几乎不能被微生物降解,或降解时间非常长的物质。根据微生物增长与有机底物降解量的关系,可知难降解有机物分解菌的增长速度很慢,世代周期较长。通常,污水处理中的最短生物固体停留时间可按式(1)计算1,2:Hc min=1Ygvmax-Kd(1)式中 Hc min)最短生物固体停留时间,d;Yg)产率系数,kgVSS/kgCOD;vmax)有机底物的最大比降解速率,kgCOD/(kgVSS#d);给水排水 Vol130 No111 200453