中和沉淀法去除废水中重金属离子

胡志龙 王斌 田斌 秦兴荣 张静 李秀燕/文

甘肃稀土新材料股份有限公司

1.引言

当今社会，环境问题一直是人类聚焦的热点之一，面对越来越严格的环境法规，解决由重金属离子引起的水体污染是目前人类所面临的重要问题之一，因此这些有毒重金属应该从废水中去除以此来保证人类的健康和环境的优美。为了解决一系列由重金属离子引起的水体污染，各种不同的用于去除废水中的重金属离子的方法被很多的学者所研究，这些方法包括：化学沉淀、离子交换、膜过滤、电化学和吸附等。

中和沉淀法因其独特的优势而被很多学者所青睐，如：工艺简单，试剂成本相对较低，易于实现工业化等。因此，本文采用中和沉淀法，通过选用不同的中和剂来去除几种不同废水中的重金属离子，实验确定了中和沉淀法去除不同废水中重金属离子的最优pH 值，在条件试验基础上进行了验证，并应用到工业生产。

2.实验部分

2.1 实验试剂

氢氧化钠（30%，甘肃稀土新材料股份有限公司），氢氧化钙（92%，甘肃中陇天玉新材料有限公司），硫化钠（天津大茂试剂有限公司）。

2.2 实验仪器

pH 计（BPH-305，武汉吉尔德科技有限公司），电动搅拌器（DJ1C，苏州威尔实验用品有限公司），烧杯、移液管等玻璃仪器（南京科之都实验器材有限公司）。

2.3 实验方法

（1）分别取200 毫升混碳线废水、202 草沉废水、镨钕除锌线废水分别用氢氧化钙调pH 值在4～10 过滤后检测废水中的重金属含量。

（2）分别取200 毫升混碳线废水、202 草沉废水、镨钕除锌线废水分别用氢氧化钠调pH 值在4～10 过滤后检测废水中的重金属含量。

（3）将202 草沉废水加硫化钠分别中和至pH为5～ 10。

3.结果与讨论

（1）在不同pH 值下氢氧化钙对废水中铅离子的去除

取萃取混碳线稀土分离废水，测其铅离子浓度和pH 值，然后各取200 ml 废水将其分别置于7 个500 ml 烧杯中，分别加入一定量的氢氧化钙浆液，将7 个烧杯中废水的pH 分别调至：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，缓慢搅拌5 min，过滤后测其Pb2+浓度，结果如图1 所示。

图1 在不同pH 值下氢氧化钙对废水中铅离子的去除

由图1 可知，随着絮凝pH 值的增加，废水中的Pb2+浓度逐渐减小，当pH 值达到8 时浓度降到最小，为2.7 ppm，此后浓度基本不再发生变化，这是因为随着pH 的升高，废水中的铅离子逐渐和氢氧根离子反应生成氢氧化铅沉淀，从而使其浓度降低，当氢氧化钙浓度过高时，平衡又会向逆反应发生，因此按上述实验工艺流程处理后废水的pH 值为8 时除铅效果最好。

（2）在不同pH 值下氢氧化钠对废水中铅离子的去除

取萃取混碳线稀土分离废水，测其铅离子浓度和pH 值，然后各取200 ml 废水将其分别置于7 个500 ml 烧杯中，分别加入一定量的氢氧化钙浆液，将7 个烧杯中废水的pH 分别调至：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，缓慢搅拌5 min，过滤后测其Pb2+浓度。结果如图2 所示。

图2 在不同pH 值下氢氧化钠对废水中铅离子的去除

由图2 可以看出，随着pH 值的增加，废水中的Pb2+浓度逐渐减小，当pH 值达到8 时浓度降到最小，为10 ppm，此后浓度基本不再发生变化，这是因为随着pH 的升高，废水中的铅离子逐渐和氢氧根离子反应生成氢氧化铅沉淀，从而使其浓度降低，当氢氧化钠浓度过高时，平衡又会向逆反应发生，因此按上述实验工艺流程处理后废水的pH 值为8 时除铅效果最好。对比图1 和图2 可以得到氢氧化钙比氢氧化钠中和除铅效果更好，这是因为利用氢氧化钙乳液中和废水时可以将废水中的很多渣一并过滤除去，这样就可以进一步降低废水中的重金属离子浓度。

（3）加入硫化钠反应后对废水中铅离子的去除

取萃取混碳线稀土分离废水，测其铅离子浓度和pH 值，加入氢氧化钠化钙浆液将其pH 结果值调为4，然后加入一定量的硫化钠，反应30 min,过滤后将其pH 值依次调到5～ 10，过滤后测其Pb2+浓度，结果如图3 所示。

图3 加入硫化钠反应后对废水中铅离子的去除

由图3 可以看出，加入硫化钠反应后对废水中的Pb2+没有本质的影响，当pH 调为8 时，废水中的Pb2+降到了2 ppm，因此采用氢氧化钙直接中和沉淀不仅方便，而且可以大幅度降低成本。

（4）先用氢氧化钠中和再用氢氧化钙中和后对废水中铅离子的去除

取萃取混碳线稀土分离废水，测其铅离子浓度和pH 值，先加入氢氧化钠将其pH 结果值调为4，然后加入一定量的氢氧化钙，将其pH 值依次调到5～ 10，过滤后测其Pb2+浓度，结果如图4 所示。

图4 先用氢氧化钠中和再用氢氧化钙中和后对废水中铅离子的去除

从图4 可知，先加入氢氧化钠中和再加入氢氧化钙中和反应后对废水中的Pb2+没有本质的影响，当pH 调为8 时废水中的Pb2+降到了1.7 ppm，但是用此方法的优点在于中和过程中可以减少大量的渣，从而减少固体废渣，因此将此方法最终选定为生产线运行工艺。

（5）在相同pH 条件下用最终工艺对废水中不同重金属离子的去除

由图5 可以看出，先用氢氧化钠将废水pH 中和到4，然后再用氢氧化钙将pH 中和到8，最终可以将废水中的铅离子降到1.7 ppm，锰离子降到0.1 ppm，锌离子降到0.47 ppm。

图5 在相同pH 条件下用最终工艺对废水中不同重金属离子的去除

4 结论

本文用中和沉淀法去除废水中的重金属离子，通过选用不同的中和剂，并通过调节废水pH 值，最终确定了生产线工艺：先用氢氧化钠将废水pH调到4，再用氢氧化钙将其pH 调到8。按照以上确定的最优工艺条件，在甘肃稀土新材料股份有限公司废水处理生产线上进行了产业化验证，最终可以将废水中的铅离子降到1.7 ppm，锰离子降到0.1 ppm，锌离子降到0.47 ppm。