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含镍废水沉淀改进方法

时间:2021-11-13 点击次数:228

 随着工业发展,金属镍已经成为工业生产中的一种常见金属,其领域主要含有电子产业、航空航天、机械制造、轻工业等方面。在工业生产中会存在镍离子泄露或者跟随工业废水排出,其中大部分的企业都没有把污水经过物理或者化学等方法处理,导致重金属镍在排出的废水中跟随水流流到各个地方,并经过长期的时间积累,将会在生物体内富集造成健康损害。现在环保行业处理含Ni2+工业废水的几种常见化学方法有:化学沉淀法、电解还原法、催化还原法、化学还原法和离子交换法等。其中,化学沉淀法在现在的处理情况下,一般的方法都是加入碱或者碱性盐,产生Ni(OH)2沉淀下来,耗费的成本低,但在处理沉淀的含Ni2+络合物中沉淀不完全,同时吸附剂的价格不菲、吸收量不大。本文通过研究Ca(OH)2和一些铜试剂的结合,使得在处理含镍络合物的工业废水效果更好,为处理含Ni2+的工业废水提供了高效便捷的方法。

    1、实验

    1.1实验背景

    在工业废水中常含有如柠檬酸盐等特性很强的络合剂,使得加入碱或者碱性盐不能够完全使得Ni2+与碱发生化学反应使其沉淀下来,废水中仍然还有较多的镍元素。前几年以来,利用沉淀法去除工业废水中络合镍化合物的研究越来越多,例如利用Na2CO3作为沉淀试剂去除含重金属镍的工业废水,通过调节pH值和温度高低来破坏工业废水中络合镍化合物。为了改进常规的方法,本文以含镍离子的工业废水来研究,加入Ca(OH)2和一些铜试剂,使得Ca(OH)2的Ca2+与柠檬酸根离子等络合试剂发生化学反应,使得络合试剂中的Ni2+被置换出来。因此,Ni2+与OH-发生化学反应产生Ni(OH)2,静置后会沉淀在水底,使得废水中的镍元素基本被去除。然后再用铜试剂与Ni2+的结合性进一步去除工业废水中剩下的镍元素。

    1.2实验过程

    本文通过搭建一个实验平台进行含镍离子的工业废水处理实验,其主要的流程如图1所示。首先,往大烧杯里面缓缓注入含Ni2+的工业废水,体积约为烧杯容积的三分之二,然后利用镊子或者纸条往大烧杯中加入白色粉末状固体Ca(OH)2,用玻璃棒搅拌均匀,使得工业废水中的酸碱度pH约为12。此时,粉末状固体的Ca(OH)2进入水中形成Ca2+和OH-,Ca2+进一步与工业废水中的络合剂形成钙盐沉淀于水中,镍元素被置换出来成为了Ni2+,Ni2+也进一步地与废水中的OH-结合形成Ni(OH)2沉淀物。

    往含Ni2+的工业废水中加入适量的PAM絮凝剂,用玻璃棒充分搅拌均匀,然后静置30分钟,使Ca2+和Ni2+的沉淀物完全沉淀到烧杯的底部。

    滴取废水中的上层清液到镍测试包上,若工业废水中上层清液Ni2+的含量低于0.5mg/L,那么将上层清液泵到pH调节烧杯中,加入20%的H2SO4调节溶液的pH值7左右就可排放到室外环境中;若工业废水中上层清液Ni2+的含量高于0.5mg/L,那么将上层清液同样泵到另一个同样大小的烧杯中,加入20%的H2SO4调节溶液的pH值7左右,再加入适量的铜试剂与溶液中的Ni2+发生化学反应。经过刚才的化学沉淀后,再向清液中加入适量的PAM絮凝剂,用玻璃棒充分搅拌均匀,然后静置30分钟,使清液中的剩余Ni2+的沉淀物完全沉淀到烧杯的底部。

    继续从加入铜试剂处理过的清液中滴取适量的溶液到镍测试包上,若处理过的上层清液中Ni2+的含量低于0.5mg/L,那么将处理过的上层清液泵到pH调节烧杯中,加入20%的H2SO4调节溶液的pH值7左右就可排放到室外环境中;否则再加铜试剂继续上述的操作步骤。

    1.3结果分析

    经过查阅资料可知,随着pH的增大,工业废水中的镍离子的浓度也会随着减小,但当pH值到达11的时候,Ni2+浓度会趋于平稳。其原因可能为工业废水的pH值大于11的时候,Ni2+与络合试剂发生了络合。因此,本文通过加入Ca(OH)2固体使得工业废水的pH值迅速上升到12左右,Ca2+与络合试剂发生化学沉淀,使得Ni2+游离出来与氢氧根离子发生化学沉淀。

    通过加入的铜试剂与工业废水中的镍的质量比值作为数据,取第一次获得上清液的实验开始,记录经过处理后的Ni2+浓度的大小。以质量比(m铜试剂:m镍)为横坐标,以镍离子浓度大小为纵坐标画折线图如图2所示:

    根据折线图可以看出,当铜试剂的含量比率等于7的时候,工业废水中的Ni2+浓度为波谷,其化学反应离子方程式如下:

    由离子方程式可以看到,当镍离子与铜试剂完全沉淀的时候,其理论质量比约为:296/58=5.1。但图中可以看到,在铜试剂与镍的质量比为5.1左右的时候,Ni2+浓度还在继续下降,原因为工业废水会存在着离子的化学反应,因此需要把其质量比提高到约为7的时候才使得工业废水里的Ni2+浓度降,符合环保部门规定的排放含Ni2+工业废水的标准。

    2、结语

    含重金属Ni2+的工业废水对人体危害很多,在废水中根据不同的pH值与络合试剂络合,目前去除镍元素的方法效率不高、沉淀率一般。本文通过向工业废水中加入Ca(OH)2来调节工业废水的pH值为12的时候,能够大量置换出Ni2+,使得产生Ni(OH)2沉淀,大幅度减低Ni元素在工业废水中的含量。此后再加入铜试剂来尽可能再降低工业废水中剩余的Ni元素。通过实验研究分析,该方法科学可行,并且对工业废水中的Ni含量去除率高,为处理含镍废水提供了方法依据。


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