磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC对酸性络合镍的深度脱除

邱伊琴,孙水裕,,3*,肖 晓,叶子玮,郭艳平

(1.广东工业大学环境科学与工程学院,广东 广州 510006；2.广东环境保护工程职业学院,广东 佛山 528216；3.广东工业大学资源综合利用与清洁生产省教育厅重点实验室,广东 广州 510006)

磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC对酸性络合镍的深度脱除

邱伊琴1,孙水裕1,2,3*,肖 晓1,叶子玮1,郭艳平2

(1.广东工业大学环境科学与工程学院,广东 广州 510006；2.广东环境保护工程职业学院,广东 佛山 528216；3.广东工业大学资源综合利用与清洁生产省教育厅重点实验室,广东 广州 510006)

采用磁絮凝耦合自制重金属捕集剂EDTC,以柠檬酸镍(CA-Ni)、酒石酸镍(TA-Ni)和焦磷酸镍(SP-Ni)3种模拟酸性络合镍废水为研究对象,对废水中的络合镍进行深度脱除.研究了EDTC投加量、磁种投加量、初始pH值和静沉时间对络合镍去除效果的影响,探讨了磁絮凝耦合EDTC脱除络合镍的机理.结果表明,处理初始浓度为50mg/L的CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni时,磁种投加量100mg/L(350r/min, 2min), MEDTC/MNi＝10(250r/min, 2min),PAM 1mg/L(50r/min, 3min),静沉5min,无需调节初始pH值,残留Ni浓度小于0.1mg/L.Zeta电位分析显示:pH＜7时磁种与EDTC和pH=6.5～7.5时磁种与絮体均通过静电引力相互吸引.磁种的加入使得以磁种为核心的磁絮体形成,提高絮体的沉降性能并降低20%的EDTC用量.絮体的粒径和分形维数分析表明:加载磁种可减少微小絮体,增大絮体体积同时使得絮体更加密实.

磁絮凝；纳米磁种；EDTC；络合镍

磁絮凝技术是通过磁性接种,即投加磁种,并投加混凝剂,使磁种与污染物絮凝结合成一体,形成具有磁性的絮凝体,从而使非磁性污染物具有磁性[1-2],然后通过高梯度磁分离技术或自身的高效沉降性能,使絮凝体与水体分离,从而将污染物去除[3].磁絮凝技术通过投加磁种可增强絮凝效果,改善絮体结构,进而提高絮体沉降性能[4],同时磁种可通过磁分离器进行回收利用,减少运行成本.基于以上优点,磁絮凝技术被广泛运用于废水中浑浊度、有机物、盐类、细菌及重金属离子等的去除[5-10].通过磁絮凝法强化煤制油废水处理的试验,磁絮凝处理煤制油废水的效果要优于传统的混凝,磁种的加入缩短了絮体沉降时间,絮体形成快且大而密实,在最佳试验条件下, COD和浑浊度的去除率分别达到56.9%和99.7%[5].采用 EDTA改良磁种进行离子态镍的去除试验,显示吸附过程非常迅速,5min内建立起吸附平衡,Ni2+的去除率几乎达到100%[6].但是鲜有将磁絮凝技术运用于电镀废水中络合金属的去除.

随着技术的发展,电镀废水中的镍离子与生产过程中必须添加的络合剂结合形成络合镍[11-12],如柠檬酸盐(CA)、酒石酸盐(TA)、焦磷酸盐(SP)等,相比于离子态Ni2+,络合镍的去除难度更大[13].随着《电镀污染物排放标准》[14]的执行,对含络合镍电镀废水的治理提出了更高的要求.近年来的研究证明,DTC类重金属捕集剂可凭借其强大的螯合能力直接处理络合态重金属废水,形成强稳定性的螯合沉淀物,为含络合镍电镀废水的处理提供了新思路.潘思文等人采用市售的3种重金属捕集剂处理含络合态Cu2+、Zn2+和Ni2+废水,结果表明DTC类重金属捕集剂对络合态重金属均有良好的去除效果[15].肖晓等[16]采用N,N-双(二硫代羧基)乙二胺(EDTC)深度脱除废水中的微量络合镍,在最佳试验条件下,Ni的去除率在99%以上.但目前关于磁絮凝耦合重金属捕集剂处理含络合态重金属废水的研究鲜有报道,而上述研究表明两者结合用于去除络合态重金属是可行的.

本研究采用纳米级磁种Fe3O4耦合自制重金属捕集剂EDTC去除废水中的络合镍,采用的重金属捕集剂EDTC是以乙二胺和二硫化碳为原料,在混合溶剂(乙醇/去离子水)条件下快速合成的一种多硫代氨基甲酸基团的巯基类重金属捕集剂.系统研究了影响络合镍去除效果的因素,包括EDTC投加量、磁种投加量、初始pH和静沉时间,确定最佳工艺参数,并探讨磁絮凝耦合EDTC脱除络合镍的机理,为工业实际应用提供一定的理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

阴离子型聚丙烯酰胺(PAM),分子量300万,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;氯化镍(NiCl2·6H20),分析纯,天津市大茂化学试剂厂;柠檬酸(CA)和酒石酸钾钠(TA),分析纯,成都市科龙化工试剂厂;焦磷酸钠(SP),分析纯,天津市大茂化学试剂厂;无水乙醇(C2H5OH)和氢氧化钠(NaOH),分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;盐酸(H Cl),分析纯,衡阳市凯信化工试剂股份有限公司;磁种,纳米级Fe304,99.5%,20nm球形,上海麦克林生化科技有限公司.

1.2 试验方法

1.2.1 EDTC的合成试验 先将40mL的混合溶剂(V乙醇/V水=1:2)加入配有搅拌和冷凝的三口烧瓶中,再加入0.1mol的乙二胺C2H8N2,之后在冰水浴条件中缓慢滴加0.25mol的二硫化碳CS2,滴加结束后在室温条件下稳定反应2h,对反应产物进行抽滤,同时用无水乙醇洗涤产物1～2次,将产物置于40℃真空干燥至恒重,得到白色粉末N,N-双(二硫代羧基)乙二胺,即重金属捕集剂EDTC,反应方程式见式(1).

1.2.2 磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC去除络合镍试验 在室温条件下,取100mL 50mg/L模拟络合镍废水(由六水氯化镍与柠檬酸、酒石酸钾钠和焦磷酸钠按物质量比1:1配置成柠檬酸络合镍CA-Ni、酒石酸络合镍TA-Ni和焦磷酸络合镍SP-Ni)置于150mL烧杯中,先加入磁种快搅(350r/min)2min,再加入EDTC快搅(250r/min) 2min,然后加入PAM1mg/L慢搅(50r/min)3min,静置一段时间后取液面下2cm处上清液,用原子吸收分光光度计测定上清液中残留的Ni浓度,计算去除率,以此探讨EDTC投加量、磁种投加量、初始pH值和静沉时间对模拟络合镍去除效果的影响,并确定最佳工艺参数.

1.3 分析方法

pH值采用雷磁pHS-25酸度计测定;Ni2+浓度采用火焰原子吸收分光光度计测定(日立Z2000型,检出限 0.001mg/L,日本日立仪器有限公司);Zeta电位采用Zeta电位及粒度分析仪(Zeta PALS,美国brookhaven公司);粒度与粒度分布采用激光粒度分析仪(Eyetech-Comb,荷兰阿米德公司);显微图像采用生物显微镜捕捉图片(BK600,重庆奥特光学仪器有限公司).

2 结果与分析

2.1 EDTC投加量对不同初始浓度络合镍去除效果的影响

目前,不同工艺产生的电镀废水中络合镍含量不尽相同,为了确定重金属捕集剂EDTC对不同浓度的络合镍废水均有处理效果,本试验选取了初始浓度为20,50,100mg/L的模拟络合镍废水进行研究,先投加EDTC快搅(250r/min)2min,后投加PAM1mg/L慢搅(50r/min)3min,静沉10min ,取液面下2cm处上清液测定残留的Ni浓度.图中EDTC投加量换算成与废水中Ni的质量比,以MEDTC/MNi计.结果如图1所示.

由图1可知,对于CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni 3种络合镍的浓度分别为20、50和100mg/L时,当MEDTC/MNi＜12时,随着MEDTC/MNi的增大,3种络合镍去除率持续增加;当MEDTC/MNi从12增加到13.5时,络合镍去除率趋于稳定. MEDTC/MNi＞12.5时,采用EDTC处理后的初始浓度分别为20,50,100mg/L的3种络合镍废水,其残留镍浓度均达到《电镀污染物排放标准》镍污染物特别排放限值要求(＜0.1mg/L).由此可知,EDTC对不同初始浓度的3种络合镍均具有较好的处理效果,说明EDTC可处理较大浓度范围的含络合镍废水.肖晓等人的研究表明,EDTC与重金属离子的作用机理为脱络-螯合,即EDTC进攻络合Ni2+,由于EDTC与Ni2+的螯合能力更强,使Ni2+从其他络合剂上脱离,形成更稳定的EDTC-Ni沉淀物,从而有效去除络合镍[17].

以下试验选取初始络合镍浓度为50mg/L.初始络合镍浓度为50mg/L时, MEDTC/MNi=12.5处理后,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni的残留镍浓度均已无法检出,可达标排放.

图1 EDTC投加量对不同初始浓度络合镍去除效果的影响Fig.1 Effect of EDTC dosage on different initial concentrations of complex nickel removal rates

2.2 磁种投加量对络合镍去除效果的影响

使用磁分离方法去除水中的非磁性污染物时,磁种投加量是一个重要的研究参数.本试验先投加不同剂量的磁种,快搅(350r/min)2min,再加入EDTC快搅(250r/min)2min, MEDTC/MNi分别为8、9和10,然后投加PAM1mg/L慢搅(50r/min) 3min,静沉10min ,取液面下2cm处上清液测定残留的Ni浓度.磁种投加量对络合镍去除的影响见图2.

由图2可知,MEDTC/MNi＝8,磁种投加量从0增加至100mg/L时,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni的去除率明显提高,分别从69.26%、86.76%和79.60%提高至81.66%、90.04%和82.44%,并且当MEDTC/MNi＝9、10时,加入100mg/L磁种同样提高了络合镍的去除率,可见磁种的加入可以增强EDTC对络合镍的去除效果.原因是快速搅拌使得磁种均匀分布在水中,呈悬浮状态,增加了颗粒碰撞的机率,而且磁种的加入增加了絮体的有效结合点数,形成了大量以磁种为核心的磁絮体,同时这些磁性颗粒之间的相互吸引力也随之增大,使得这些磁絮体变得大而密实[18].当磁种投加量持续增加至300mg/L时,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni的去除率基本保持不变.一方面由于磁种投加量持续增加时(＞100mg/L),所有的絮体已经和磁种紧密结合,过量的磁种无法和絮体进行有效结合形成磁絮体,部分磁种会相互团聚,快速沉降至底部,无法起到应有的作用[19];另一方面,磁种过量时,部分磁种会浮在表面,导致出水水质下降.并且观察到,对于CA-Ni MEDTC/MNi＝9和TA-Ni MEDTC/MNi＝8,当磁种投加量增加至400mg/L时,镍的去除率有所下降.这可能是由于过量的磁种影响了EDTC对镍离子的捕集,所以磁种投加量应当适宜.另外,当络合镍浓度确定,EDTC投加量不同时(MEDTC/MNi分别为8、9和10),磁种投加量对络合镍去除的影响趋势总体上是一致的,可见磁种投加量与EDTC投加量并无关系,这与Zhao等[20]运用高梯度磁分离法去除废水中的磷的研究结果一致.

当磁种投加量为100mg/L,MEDTC/MNi＝10时,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni的上清液残留镍浓度均低于0.1mg/L,达到排放要求,比单独使用EDTC去除络合镍节省20%的EDTC剂量,因此确定磁种和EDTC的最佳投加量分别为100mg/L,MEDTC/MNi＝10.

图2 磁种投加量对三种络合镍去除效果的影响Fig.2 Effect of magnetic seeds dosage on complex nickel removal rates

2.3 初始pH值对络合镍去除效果的影响

初始pH值对EDTC捕集重金属离子具有显著的影响,因此本试验研究了初始pH值对络合镍去除效果的影响.先用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠调节初始pH值,投加磁种100mg/L,快搅(350r/min) 2min,然后投加EDTC(MEDTC/MNi＝10)快搅(250r/min)2min,投加PAM1mg/L慢搅(50r/min) 3min,静沉10min,取液面下2cm处上清液测定残留的Ni浓度.结果如图3所示.

图3 初始pH值对络合镍去除效果的影响Fig.3 Effect of wastewater initial pH on complex nickel removal rates

投加EDTC之前先调节体系pH值为1～11,没有产生Ni(OH)2沉淀物,这说明CA-Ni、TA-Ni、SP-Ni在酸碱条件都很稳定,碱中和沉淀法不能处理络合镍废水.由图3可知,pH＜3或pH＞9,即强酸或强碱条件下络合镍的去除效果并不理想.当pH3～9时,CA-Ni和SP-Ni的残留镍浓度均小于0.1mg/L,可达标排放.对于TA-Ni, pH5～7左右时出水可达标排放,较CA-Ni和SP-Ni的适宜pH值范围窄.

EDTC在溶液中存在式(2)电离平衡,体系的初始pH主要是影响EDTC的电离平衡.当pH＞9时,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni的去除率均急剧下降,这是因为随着pH值的上升,式(2)平衡向生成DTC的方向移动,电离出更多的DTC基团与Ni2+螯合,但是强碱条件下,络合离子与Ni2+形成的配合物稳定性较强,抑制了EDTC对Ni2+的捕集.以柠檬酸为例,在水溶液中柠檬酸主要以H3Cit、H2Cit、H Cit2-和Cit3-4种形式存在,实际镀镍废水中柠檬酸绝大部分以Cit3-形式存在[21],当溶液碱性较强时,柠檬酸的酸效应较弱,与Ni2+配位形成的络合物更稳定, EDTC难以将Ni2+捕获.当pH＜3时,式(2)平衡向右移动,DTC基团减少,导致络合镍去除率下降,同时EDTC还会按照式(3)进一步分解为CS2和质子化的胺[22],使得EDTC减少,影响络合镍的去除效果.Bai等[23]的研究表明,溶液中H+浓度过高时会与Ni2+竞争DTC基团上的螯合活性点位,致使Ni的去除率下降.实际含镍电镀废水的pH值为6左右,采用磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC处理实际含镍电镀废水时无需调节pH值,克服了传统化学方法需加碱调节pH值的缺点.

2.4 静沉时间对络合镍去除效果的影响

先投加磁种0或100mg/L,快搅(350r/min) 2min,然后投加EDTC(MEDTC/MNi＝10)快搅(250r/ min)2min,加入PAM0或1mg/L,慢搅(50r/min) 3min,分别静置0,1,3,5,7,10,15min后读取上清液高度,同时取液面下2cm处上清液进行检测,结果如图4所示.

图4 静沉时间对络合镍去除效果的影响Fig.4 Effect of static sedimentation time on complex nickel removal rates

试验过程发现只加入EDTC时,絮体形成较慢且絮团蓬松,久置后液相中仍有少量悬浮颗粒;投加磁种后,由于磁种自身比重较大,絮团变得密实,沉降速度较快,上清液较澄明.由图4可知,对比投加磁种和未投加磁种时,发现投加磁种的上清液达到最大高度的时间要远少于未投加磁种所需的时间,由此可说明磁种能够提高絮体的沉降性能;对比投加PAM和未投加PAM的沉降速度,发现PAM亦可加速沉降,PAM可以和悬浮颗粒快速架桥,通常在水处理中用作絮凝剂或者助凝剂.投加100mg/L磁种和1mg/LPAM时上清液达到最大高度的时间仅为3min,远短于未投加磁种和PAM所需的15min.磁种本身的密度较大,与EDTC-Ni形成密实的磁絮体,其密度较普通絮体大,同时PAM的加入,通过有机高分子的架桥作用使得磁絮体间不断碰撞结合形成更大的磁絮体,根据沉淀理论中经典的斯托克斯公式vT=2g r2(ρ-ρ’)/9η,颗粒粒径的增加会加快颗粒的沉降速率,增强沉降效果.

随着静沉时间的增加,CA-Ni、TA-Ni和SP-Ni去除率不断上升,同一时间点投加磁种的Ni去除率明显高于未投加磁种.在5min时,投加100mg/L磁种和1mg/L PAM的溶液中残留Ni浓度已低于0.1mg/L,可达标排放.在沉降过程中,磁絮体之间不断碰撞,形成更大的磁絮团,在下沉过程中继续吸附溶液中尚未去除的镍,使得镍的去除率上升.研究表明,在静沉过程中,会发生网捕卷扫作用,将未结合的絮体卷走,从而提高出水水质[24].

磁种的加入显著改善了絮体的沉降性能,提高了络合镍的去除率,从而大幅度提升传统絮凝工艺的处理能力,降低运行成本.本试验基于出水达标的考虑,选取5min为最佳静沉时间.

2.5 磁絮凝耦合EDTC脱除络合镍的机理

2.5.1 Zeta电位 本试验采用Zeta电位及粒度分析仪检测不同pH条件下磁种、EDTC、非磁絮体和磁絮体的Zeta电位,结果如图5所示.

由图5可知,在pH=3～9范围内,磁种、EDTC、非磁絮体和磁絮体的Zeta电位均随着pH的上升而由正变负.由于磁种Zeta电位较非磁絮体Zeta电位低,因此磁种与非磁絮体结合形成的磁絮体的Zeta电位也低于非磁絮体的Zeta电位.磁絮体的等电点(pH=6)较非磁絮体(pH=7.5)的等电点较低.Prochazkova等人的研究表明,颗粒表面具有较强离子交换基团时,颗粒具有较高的等电点,反之则具有较低的等电点[25].由此可知,磁种与非磁絮体结合形成的磁絮体表面的基团较非磁絮体表面基团弱,磁絮体较稳定.pH=9～11时磁絮体和非磁絮体的Zeta电位亦可证明此观点.当pH＞9时,絮体开始溶解,而在pH=9～11范围内,磁絮体的Zeta电位绝对值大于非磁絮体的Zeta电位绝对值,说明在碱性条件下磁絮体比非磁絮体稳定.研究表明螯合沉淀物EDTC-Ni能在酸性和弱碱性环境下稳定存在,可以长期安全放置[15],本试验通过加载磁种,增强了其在碱性条件下的稳定性.

图5 不同pH值条件下磁种、EDTC、非磁絮体和磁絮体Zeta电位Fig.5 Zeta potential of magnetic seeds, EDTC, nonmagnetic flocs and magnetic flocs at different pH values

在溶液中,纳米级金属氧化物表面可能会发生质子化和去质子化过程,反应方程式见式(4),方程中MO为金属氧化物,H+和OH—为溶液中可能存在的离子[26].随着pH值的降低,金属氧化物表面的负电荷减少,正电荷增加.这与图5中pH=3～9时磁种的Zeta电位变化相一致.

Fang等[8]的研究表明,水合金属氧化物表面能够形成羟基,因此可以接收/释放质子,从而引起pH的变化.对于磁种而言,Fe3O4表面的羟基可以释放质子,从而引起体系pH值的降低.如图6所示,TA-Ni的原始浓度为6.27,加入磁种后的2min内pH值降至5.16.随着反应的进行,体系pH值最终稳定在4.89,反应前后体系pH值相差约1.38.加入磁种后,在碱性条件下磁种表面释放质子,从而引起体系pH值的降低.

由图5可知,pH＞3时EDTC的Zeta电位均呈负电位,磁种的等电点在pH=7左右,因此在pH=3～7之间时磁种和EDTC由于静电引力相互吸引.以TA-Ni为例,投加磁种后pH值降至5.16,所以EDTC投加之初,部分EDTC就和磁种通过静电引力相互结合,其余EDTC直接与TA-Ni发生脱络-螯合反应.与磁种结合的EDTC与TA-Ni发生脱络-螯合反应时,由于磁种的加入增加了絮体的有效结合点数[18,20],因此形成了大量以磁种为核心的磁絮体.

pH=6.5～7.5时,磁种的Zeta电位是负的,絮体的Zeta电位是正的,此时磁种与絮体由于静电引力相互吸引,磁种与絮体结合形成更加紧密的磁絮体.因此,在pH=6.5～7.5左右时,磁絮凝耦合EDTC去除络合镍的效果最理想.初始pH值对络合镍去除效果的试验(图3)表明,当pH=7时,CA Ni、TA-Ni和SP-Ni的去除率最高,亦证明了此观点.实际电镀含镍废水pH值多为6.0左右,而EDTC在水中微弱电离使得溶液呈弱碱性,所以在实际运用中加入EDTC后体系pH值少许上升,即可达到形成紧密磁絮体的最佳pH值范围.

图6 反应过程中pH值变化(TA-Ni)Fig.6 pH values at different time during reaction process (TA-Ni)

2.5.2 粒径分析和分形维数 本试验采用激光粒度分析仪研究了试验过程中颗粒粒径的发展,结果如图7所示.

由图7可知,在2～4min内加入EDTC后, EDTC与络合镍发生脱落-螯合反应,开始产生微小絮体.这段时间内非磁絮体的粒径从6.11μm增加到8.87μm,磁絮体的粒径从10.01μm增加到35.05μm,由此可见磁种与非磁絮体结合(图8)能够增大絮体粒径,加速絮体成长.在4～7min内, PAM的加入使得磁絮体和非磁絮体的粒径迅速增大,在第7min时,磁絮体和非磁絮体的粒径分别到达124.15μm和89.7μm.有机高分子PAM能够通过架桥作用连接分散的微小絮体,使得絮体发展为更大的絮体团.7min后停止搅拌,絮体开始自由沉降,静沉3min内,磁絮体和非磁絮体均缓慢发展变大,之后两者粒径均保持稳定,至17min时,磁絮体粒径达150.5μm,大于此时非磁絮体的粒径(113.62μm).由此可知,磁种的加入可以增大絮体体积

图7 试验过程中颗粒的粒径发展Fig.7 Development of particle size during the test process

图8 非磁絮体和磁絮体电镜扫描图Fig.8 SEMof non-magnetic flocs and magnetic flocs

在17min时磁絮体和非磁絮体的粒度分布情况见表1和表2.对比可知,磁絮体中粒径在100μm之下的占总量的20%以下,而非磁絮体中粒径在100μm之下的占总量的30%多,即磁絮体中的较小颗粒数量比非磁絮体少.因此,磁种的加入减少了溶液中的微小絮体.

表1 磁絮体体积百分比Table 1 Volume Percentage Table of magnetic folcs

表2 非磁絮体体积百分比表Table 2 Volume Percentage Table of non-magnetic folcs

本试验采用图像技术与计算机软件结合进行絮体的分形维数测定.采用光学显微镜捕捉到不同阶段(2.5,3.5,5,7,9min)的非磁絮体和磁絮体照片,部分照片(放大100倍)如图9所示.絮体的分形维数(Df)根据其投影面积(A)和周长(P),按照公式log A∝Dflog P进行分析,每张照片中非磁絮体和磁絮体对应的投影面积A和周长P在双对数坐标上的相关关系见图10,其斜率即为分形维数.

图9 非磁絮体和磁絮体显微图像Fig.9 Microscope images of non-magnetic flocs and magnetic flocs

图10 log A-log P拟合计算分形维数Fig.10 Fractal dimension of non-magnetic flocs and magneticflocs

图11 试验过程中絮体分形维数的发展Fig.11 Development of fractal dimension during the test process

对图10做进一步处理,如图11所示,随着反应的进行,非磁絮体和磁絮体的分形维数均逐渐增大,两种絮体的结构均变得更密实,相同时间下,磁絮体的分形维数较非磁絮体的分形维数大, 9min磁絮体的分形维数达到0.93,而非磁絮体的分形维数为0.65,可见加入磁种使得絮体的结构变得更加密实.

磁种的加入增加了溶液中的颗粒数,形成大量以磁种为核心的磁絮体,在整个试验过程中磁絮体的平均颗粒粒径和分形维数均大于同一时间点的非磁絮体的平均颗粒粒径和分形维数,因此磁种的加入增大了磁絮体之间的相互吸引力,可减少溶液中的微小絮体,使得这些磁絮体变得大而密实,从而提高了絮体的沉降性能和出水水质.

3 结论

3.1 采用磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC处理络合镍的效果明显优于单独使用EDTC的处理效果,投加磁种后可减少20%EDTC使用量,缩短静沉时间,提高出水水质.

3.2 通过试验可知,磁絮凝耦合重金属捕集剂EDTC去除络合镍的最佳试验条件:处理初始浓度为50mg/L的络合镍废水,磁种投加量100mg/ L(350r/min,2min),MEDTC/MNi＝10(250r/min,2min),静沉5min,无需调节初始pH,此时残留镍浓度低于0.1mg/L,达到《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》中关于Ni污染物特别排放限值要求.

3.2 磁种的加入增加了絮体与磁种的有效结合点数,形成了大量以磁种为核心的磁絮体,同时可减少溶液中的微小絮体,增大絮体体积且使絮体更加密实,从而提高絮体的沉降性能.

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Deep removal of complex nickel by using magnetic flocculation coupled with highly-efficient heavy metal chelating agent EDTC.

QIU Yi-qin1, SUN Shui-yu1,2,3*, XIAO Xiao1, YE Zi-wei1, GUO Yan-ping2
(1.School of Environmental Science and Engineering,Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China；2.Guangdong Polytechnic of Environmental Protection Engineering, Foshan 528216, China；3.Provincial Education Department Key Laboratory of Resources Comprehensive Utilization and Cleaner Production, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China). China Environmental Science, 2017,37(2)：560～569

The deep removal of complex nickel fromwastewater by using magnetic flocculation coupled with an independent synthetic highly-efficient heavy metal chelating agent EDTC was investigated. CA-Ni(citric acid, CA), TA-Ni (tartaric acid, TA) and SP-Ni (pyrophosphate, SP) were dissolved in deionized water as the simulated wastewater. Important investigated parameters included EDTC dosage, magnetic seeding dosage, initial pH and sedimentation time. The magnetic flocculation mechanisminvolved in the reaction was also explored. Residual Ni concentration could be less than 0.1mg/L fromthe initial concentration of 50mg/L, under the conditions of 100mg/L magnetic seeds (350r/min, 2min), MEDTC/MNi＝10 (250r/min, 2min), PAM1mg/L (50r/min,3min) and 5min sedimentation time with unregulated pH. The results of Zeta potential illustrated the magnetic seeds were firmly combined with flocs when pH=6.5～7.5, and it was the same with magnetic seeds and EDTC when pH＜7.Majority of magnetic flocswas integrated with the magnetic seeds, which served as a nucleus to enhance the flocculation property and reduce 20% of EDTC dosages. The particle size analysis and fractal dimension presented that it would decrease the micro flocs, increase the floc volume and density by loading the magnetic seeds.

magnetic flocculation；nano-magnetic seeding；EDTC；complex nickel

X703

A

1000-6923(2017)02-0560-10

邱伊琴(1990-),女,浙江嘉兴人,广东工业大学环境科学与工程学院硕士研究生,主要研究重金属废水的深度处理.

2016-05-18

广东省自然科学基金 (2015A030308008);广东省科技计划项目 (2016A040403068);广东省环保专项(2016A503160066)

* 责任作者, 教授, sysun@gdut.edu.cn