溶气-柱浮选技术处理含Cr(Ⅵ)废水的研究.pdf

第3 3 卷第6 期 2 0 0 4 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．6 N o v ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 6 0 6 2 1 0 4 溶气一柱浮选技术处理含C r V 1 废水的研究 李小兵，刘炯天，王兴涌，王永田 中国矿业大学化工学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要结合溶气气浮技术和柱浮选技术的优点，提出用溶气一柱浮选技术处理含C r Ⅵ 废水的思 路。采用4 5 0m m 的浮选柱，通过特制的溶气释放器在柱体内产生微泡．介绍了该技术的工艺流 程及原理．采用水合肼 N H 。H 。O 为还原剂，A 1 C I 。为絮凝剂，十二烷基硫酸钠 S D S 为表面活 性荆，考察了废水p H 控制、溶气压力、回流比、絮凝剂及表面活性剂浓度对浮选效果的影响．实 验结果表明，在优化操作参数的条件下，处理效果很好，废水中C r Ⅵ 的去除率达9 8 ％以上． 关键词溶气一柱浮选；废水处理；含C r V I 废水；浮选柱 中图分类号T D9 2 3文献标识码A A p p l i c a t i o no fC o l u m nF l o a t a t i o nw i t hD i s s o l v e dA i ri n T r e a t i n gW a s t eW a t e rC o n t a i n i n gC r Ⅵ、 L IX i a o b i n g ，L I UJ i o n g t i a n ，W A N GX i n g y o n g ，W A N GY o n g - t i a n S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t An e wt e c h n i q u eo fc o l u m nf l o a t a t i o nw i t hd i s s o l v e da i ri Ss u g g e s t e dt Ot r e a tw a s t ew a t e r c o n t a i n i n gC r V I b a s e do na d v a n t a g e so fa i rd i s s o l u t i o nf l o t a t i o na n dc o l u m nf l o a t a t i o n ．B yu s i n ga c o l u m nw i t had i a m e t e ro f5 0m ma n das p e c i a l l ym a d ed i s s o l v e da i rr e l e a s e r ，m i c r o b u b b l e si n s i d e t h ec o l u m ni sf o r m e d ．N 2 H 4 H 2 0w e r eu s e da sr e d u c i n ga g e n t ，A I C l 3a sf l o c c u l a n t ，C , z H 2 5 S 0 3 N a S D S a ss u r f a c t a n t ．T h ee f f e c t so fp Ho fw a s t ew a t e r ，t h ep r e s s u r eo fa i rd i s s o l u t i o n ，t h er a t eo f r e t u r nw a t e r ，t h ec o n c e n t r a t i o no ff l o c e u l a n ta n ds u r f a c t a n to nt h er e m o v a le f f i c i e n c yw e r es t u d i e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f i c i e n c yo fc o l u m nf l o a t a t i o nw i t hd i s s o l v e da i ri Sm u c hh i g h e rt h a n o t h e ra p p r o a c h e sb yd e t e r m i n i n gt h eo p t i m u mo p e r a t i o np a r a m e t e r s ．A n dt h er e d u c t i o nr a t eo fC r Ⅵ i nw a s t ew a t e rr e a c h9 8 ％．S ot e c h n o l o g yc a nb ew i d e l yu s e di nw a s t ew a t e rt r e a t m e n t ． K e yw o r d s c o l u m nf o l a t i o nw i t hd i s s o l v e da i r ；w a s t ew a t e rt r e a t m e n t ；w a s t ew a t e rc o n t a i n i n gC r V I ；f l o t a t i o nc o l u m n 在电镀、皮革、染色、颜料、金属酸洗和铬酸盐 等工业中产生了大量的含铬废水，这些废水的排 放，必然会严重地污染自然生态环境，危害人体健 康．其中六价铬的毒性最强，具有“三致”作用[ 1 ] ．含 铬废水的处理技术有多种，主要有化学还原一沉淀 法、薄膜蒸发法及团聚法 凝结法、絮凝法 等乜] ，分 离效率一般在8 5 ％～9 5 ％，而浮选净水技术以其 极高的分离效率、低廉的投资和运行成本，成为国 内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术． 目前，从技术上看，用浮选技术除去工业废水中金 属离子的主要方法有溶气浮选法、诱导浮选法、射 流浮选法、电解浮选法和化学浮选法等．陶有胜[ 3 ] 等利用诱导浮选法处理含N i Ⅱ 、C u Ⅱ 的电冶 废水，采用装有布气扩散器的气浮柱，考察了气浮 剂、p H 值及浮选时间对分离效率的影响，在p H 为 9 ．4 ，气浮剂用量5 0m g ／L ，浮选时间6m i n 时，N i 收稿日期2 0 0 4 一0 1 0 5 基金项目国家自然科学基金项目 5 0 0 7 4 0 5 3 ；“十五”国家重点科技攻关计划项目 2 0 0 1 B A 6 0 9 A 一1 3 作者简介；李小兵 1 9 7 6 一 ，男，安徽省桐城县人，中国矿业大学教师，从事污染治理与环境影响评价方面的研究． 万方数据 中国矿业大学学报第3 3 卷 I I 、C u Ⅱ 的回收率分别达9 9 ％，9 8 ％以上． 王永田等嘲采用胶质气体泡沫和常规柱浮选 结合的方法对处理含C u 1 I 废水进行了浮选分离 研究，考察了p H 值、十二烷基硫酸钠和C u Ⅱ 初 始浓度对分选效果的影响，结果表明溶液中C u Ⅲ 去除率达9 9 ％以上．P ．S a n c i o l o 等嘲采用泡沫 塔对从电镀废水中去除C r Ⅱ 、N i Ⅱ 和Z n I 等离子进行了研究，考察了p H 值、表面活性剂等 对分选效果的影响，分离效率达9 5 ％以上．浮选净 水技术通常采用的设备有气浮池、浮选机、浮选塔、 浮选柱等． 本文结合加压溶气析出的气泡尺寸小，大小均 匀，气泡在柱中停留时间长，设备简单，操作稳定， 投资与运行成本低以及浮选柱的良好分离效果等 优点，提出用溶气一柱浮选技术处理含C r V I 废 水，该技术尚未见文献报道． 1工艺流程及原理 本工艺过程共包括两个阶段．第一阶段即反 应一絮凝阶段．在废水中加入还原／沉淀剂，并调节 p H 值，使C r I ／I 充分还原为C r Ⅲ ，使其形成胶 体颗粒或沉淀物，并沉淀完全．然后加入絮凝剂增 大颗粒尺寸，形成大的稳定的疏水絮团．第二阶段 即柱浮选阶段．在柱体中，微气泡和絮粒碰撞粘附， 形成带气絮粒上浮至液面从而达到分离的目的．整 个过程概括为 1 金属离子 还原／沉淀剂 胶体沉淀物； 2 胶体沉淀物 絮凝剂 絮团； 3 絮团 微气泡一用溶气析出／浮选柱浮选． 实验装置和流程如图1 所示． 纛碱颦 l 罐七 注射琴表而活性剂 了鞘铋 圜桶 泵 ⋯’ 图1溶气一柱浮选工艺流程 F i g ．1 P r o c e s so fc o l u m nf l o a t a t i o nw i t hd i s s o l v e da i r 本实验采用水合肼 N H 。H 。O 还原法还原 沉淀C r V I ，并调节p H 值至中性或微碱性，水合 肼 N H 。H 。o 能迅速还原C r Ⅵ 并生成c r O H 。沉淀，反应为 4 C r 0 3 3 N 2 H 4 4 C r O H 3 3 N 2 十． 再向经过充分反应后的废水中投加A 1 C I 。作为絮 凝剂，以形成大的稳定的疏水絮团．经过反应一絮凝 作用的废水由浮选柱入料口给入．实验用浮选柱用 有机玻璃制成，直径为5 0m m ，高为20 0 0m m ．在 浮选柱底部安装有特制的溶气释放器，压力溶气水 由压力溶气罐提供．表面活性剂十二烷基硫酸钠 S D S 通过注射器由浮选柱入料口加入．在柱体 内，废水中的絮粒同溶气析出的气泡通过固、液、气 三相相互作用，主要包括絮体对气泡的网捕、卷扫 和架桥作用，气泡对絮体碰撞粘附以及表面活性剂 参与作用 见图2 ，形成气泡一絮粒复合体，该复合 体的表观密度小于水的密度，从而使此复合体上浮 至液面得以去除[ 6 ] ． 渤瓣必魏裂鬻⋯ a 絮体对气泡的网捕、卷扫和架桥作用 ”气泡对絮体碰撞黏附 c 表面活性荆参与作用 图2 气泡与絮粒的相互作用 F i g ．2 I n t e r a c t i o nb e t w e e nb u b b l e sa n df l o c c u l e 2 实验结果与讨论 水样为模拟废水样，水样中W C r Ⅵ 初始 2 0 ．0m g ／L ，还原剂水合肼的投药比为C r Ⅵ N 。H 。H 0 1 1 ．5 ，反应时间1 0m i n ．影响溶气 一柱浮选除去C r Ⅵ 处理效果的因素很多，实验 考察了废水p H 控制、溶气压力、回流比、絮凝剂及 表面活性剂的投药量等因素的影响． 2 ．1 废水p H 控制 废水p H 控制对金属离子在废水中的赋存形 态及特性，以及气泡和絮凝颗粒的表面电荷均有很 大影响．实验条件溶气压力为0 ．3M P a ，回流比e 为3 0 ％，絮凝剂投加浓度p A I C I 。 2 0 ．0m g ／L ’ 表面活性剂投加浓度p S D S 3 5 ．0m g ／L ．废水 p H 控制对C r V I 的去除效果的影响见图3 ． 万方数据 第6 期 李小兵等溶气一柱浮选技术处理含C r V 1 废水的研究 f2 5 7 2 0 ∞ 曼1 5 冀1 0 暑5 g0 q 45 6 7 891 0 l l p H 图3p H 对C r Ⅵ 的去除效果的影响 F i g ．3 E f f e c to fp Ho nr e m o v a lo fC r Ⅵ 实验结果表明，利用溶气一柱浮选技术处理含 C r V I 废水，控制p H8 ～9 ，以N 2 H 。H 2 0 为还原 剂，以A I C l 。为絮凝剂，可将废水中的w C r V I 残 余 由2 0 ．0m g ／L 降至0 ．3 5m g ／L ． 2 ．2 溶气压力对浮选效果的影响 溶气一柱浮选成因是在加压条件下，使气体溶 解于废水 或清水 中，然后在常压力下释放出气 体，产生微小气泡，因此溶气压力对浮选效果影响 很大．实验条件p H 一9 ，回流比e 为3 0 ％，絮凝剂 投加浓度c A l Ⅲ 一1 0 ．0m g ／L ，表面活性剂投 加浓度c S D S 2 0 ．0m g ／L ．溶气压力对C r Ⅵ 去除效果见图4 ． 1 0 0 蔷8 0 篷6 0 佩4 0 UU ．1U ．ZO ．3U ．4U ．5U ．6 p ／M P a 图4 压力对C r Ⅵ 去除效果的影响 F i g ．4 E f f e c to fp r e s s u r eo nr e m o v a lo fC r Ⅵ 结果表明，溶气压力越大，溶解在水中的空气 越多，常压释放时产生的微泡尺寸越小，数量越多． 但压力超过一定的范围，就产生了不利影响，因为 过大的压力使溶气水的消能、释气过程不彻底，同 时也会形成紊流，对柱体内流体产生强烈的扰动， 破坏了絮团，影响了浮选效率．实验确定溶气压力 控制在0 ．2 5 ～o ．3M P a 为宜． 2 ．3 回流比￡对浮选效果的影响 选择合适的回流比e 对提高浮选效率非常重 要．回流比e 按下式计算[ 7 ] ．一垦一苎 丝Z 鱼21 Q Q Q 。一Q r C , f p 一1 式中￡为回流比，％；R 为回流量，L ／d ；Q 为进行 浮选处理的废水量，L ／d ；A ／S 为气固比；S 。为饱和 空气量，c m 3 ／L 1 ／大气压 ；r 为空气容量，g ／L ；C 。 为在一定温度下，1 个大气压时的空气溶解度， m g ／L ；户为溶气压力，绝对压力；f 为加压溶气系 统的溶气效率． 实验表明，回流比￡分别为1 0 ％，2 0 ％，3 0 ％ 和4 0 ％时，浮选效率依次为9 2 ．4 ％，9 6 ．7 ％， 9 7 ．8 ％和9 8 ．6 ％，回流比e 增大浮选效率提高但 提高幅度缓慢．回流比e 增大导致浮选效率提高是 由于回流量越大，可释放的气体量就越大，在一定 范围内，微气泡与絮粒接触的机会增多，因而浮选 效率提高．但过高的回流比e 又会影响增加投资与 运行成本．因此，在实际应用中，在能保证出水水质 的前提下，应尽量减小回流比￡．在处理含C r Ⅵ 废水时，回流比￡一般在1 5 ％～3 0 ％为宜． 2 ．4絮凝剂浓度对浮选效果的影响 通过良好的絮凝形成稳定的大絮体对浮选过 程十分必要，通过投加絮凝剂有助于提高浮选效 率．实验条件p H 一9 ，溶气压力为0 ．3M P a ，回流 比e 为3 0 ％，表面活性剂投加浓度C S D S 3 5 ．0 m g ／L ．絮凝剂A I C l 。投加浓度对C r Ⅵ 去除率的 影响见图5 ． 1 摹 稃 篮 稍 p A I C l 3 狄m g ’L - I 图5 絮凝剂A I C l 。浓度对C r I ／I 去除率的影响 F i g ．1 E f f e c to ff l o c c u l a n t A I C l D c o n c e n t r a t i o no nr e m o v a lo fC r Ⅵ 由图5 可以看出，随着A I C l 。投药浓度的增 大，C r Ⅵ 去除率不断提高，但A 1 C I 。的投药浓度 超过一定范围时，反而不利于C r Ⅵ 的分离，主要 原因是由于过量的投药浓度会使絮体变得脆弱而 易被气泡打碎，因而降低了C r Ⅵ 的去除率． 2 ．5 表面活性剂浓度对浮选效果的影响 浮选过程中，废水中由于表面活性剂的存在， 会使絮粒的憎水性能及微气泡的大小、数量和牢度 受到影响．在p H 9 ，溶气压力为0 ．3M P a ，回流比 e 为3 0 ％，絮凝剂投加浓度p A 1 C 1 。 一2 0 ．0m g ／L ． 图6 表示在实验中十二烷基硫酸钠 S D S 1 0 0 8 0 喜6 0 笾4 0 稍2 0 0 1 02 03 04 05 06 0 p S D S ／ m g L ‘’ 图6 十二烷基硫酸钠 S D S 浓度对 C r V I 去除率的影响 F i g ．6 E f f e c to fs u r f a c t a n t S D S c o n c e n t r a t i o no nr e m o v a lo fC r Ⅵ 万方数据 6 2 4中国矿业大学学报 第3 3 卷 投加浓度对浮选效果的影响． 结果表明，十二烷基硫酸钠 S D S 投药浓度适 中时，浮选效果不断提高．这是由于表面活性剂亲 水基团与絮粒亲水部分相结合，使絮粒的附加憎水 基团增加，憎水性能增强，从而提高气泡的粘附数 量及牢度，使原先粘附不牢的上浮较慢的带气絮粒 因此而得到改善，从而提高浮选效果．而投加过量 的十二烷基硫酸钠 S D S 会形成大量的亲水性胶 束，粘附在絮粒的亲水基团上，增强絮粒的亲水性， 致使浮选效率降低． 3 结论 采用溶气一柱浮选技术对处理含C r Ⅵ 废水 进行了研究，考察了废水p H 值、溶气压力、回流比 e ，絮凝剂及表面活性剂浓度等因素对浮选效果的 影响．实验结果表明，在p H 8 ～9 ，溶气压力为0 ．2 5 ～o ．3M P a ，回流比e 为1 5 ％， - 3 0 ％，絮凝剂A 1 C 1 3 投药浓度为2 0 ．0m g ／L ，十二烷基硫酸钠 S D S 投 药浓度为3 5 ．0m g ／L 时，可使废水中C r Y 1 的去 除率达9 8 ％以上．和其它废水处理技术相比，用溶 气一柱浮选技术具有操作稳定，气泡在柱中停留时 间长，设备简单，投资与运行成本低以及良好的柱 分离效果等优点，将在工业废水处理中具有广泛的 应用前景． 参考文献 [ 1 ] 樊邦棠．环境化学[ M ] ．浙江浙江大学出版社，1 9 9 1 ． 3 8 2 3 8 5 ． [ 2 ] 贾金平，谢少艾，陈虹锦．电镀废水处理技术及工程实 例[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 3 ． [ 3 ]陶有胜，朱联锡，张克仁．镍离子和铜离子沉淀浮选试 验研究[ J ] ．水处理技术，1 9 9 7 ，2 3 3 1 7 5 1 7 8 ． T a oYS ，Z h uLX ，Z h a n gKR ．A ne x p e r i m e n t a l s t u d yo nt h ep r e c i p i t a t i o n - f l o t a t i o no fn i c k e li o na n d c o p p e ri o n [ J ] ．T e c h n o l o g yo nW a t e rT r e a t m e n t ． 1 9 9 7 ，2 3 3 1 7 5 1 7 8 [ 4 3 王永田，刘炯天．用胶质气体泡沫从废水中浮选c u i 的实验研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 3 ，3 2 6 6 2 9 6 3 1 ． W a n gYT ，L i uJT ．F l o t a t i o no fC u 1 f r o mw a s t e w a t e rb yc o l l o i d a lg a sa p h r o n s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n a U n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，3 2 6 6 2 9 6 3 1 ． [ 5 ] S a n c i o l oP ，H a r d i n gIH ，M a i n w a r i n gDE ．T h e r e m o v a lo fc h r o m i u m ，N i c k e l ，a n dZ i n ef r o m e l e c t r o p l a t i n g w a s t ew a t e rb y a d s o r b i n g c o l l o i d f l o t a t i o nw i t has o d i u mD o d e c y l s u l f a t e ／D o d e c a n o i c a c i dm i x t u r e [ J ] ．S e p a r a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ． 1 9 9 2 ，2 7 3 3 7 5 3 8 8 ． [ 6 ]汤鸿霄，钱 易，文湘华，等．水体颗粒物和难降解有 机物的特性与控制技术原理[ M ] ．北京中国环境科 学出版社，2 0 0 0 ．2 4 4 2 4 6 ． [ 7 ] 张自杰，林荣忱，金儒霖，等．排水工程 第三版 [ M ] ． 北京中国建筑工业出版社，1 9 9 6 ．4 7 4 4 8 2 ． 责任编辑李成俊 万方数据