一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法.pdf

本发明公开了一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法，包括以下步骤：在搅拌作用下向铝型材废水中加入镁盐，使废水中镁铝摩尔比为1～3∶1；快速搅拌并调节废水pH，在pH为8.5～9.0的条件下反应1～2小时；反应后进行固液分离得到满足排放标准的废水。本发明操作简单，成本低，利用铝型材废水中大量的铝离子，有效降低了镍、铬(VI)含量，使铝型材废水中镍、铬(VI)离子的浓度降低至《污水综合排放标准》允许的排放浓度以下，以解除铝型材废水中镍、铬(VI)离子对环境和生物体的危害，达到以废制废的目的。

1.  一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法，其特征是包括以下步骤：
(1)在搅拌作用下向铝型材废水中加入镁盐或镁盐水溶液，使废水中镁铝摩尔比为1～3∶1；
(2)快速搅拌并调节废水pH，在pH为8.5～9.0的条件下反应1～2小时；
(3)反应后进行固液分离得到满足排放标准的废水。

2.  根据权利要求1所述的去除方法，其特征是：步骤(1)所述镁盐或镁盐水溶液为硝酸镁、硫酸镁、硝酸镁水溶液或硫酸镁水溶液。

3.  根据权利要求1所述的去除方法，其特征是：用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠稀溶液或氢氧化钾稀溶液调节废水pH。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的去除方法，其特征是：步骤(1)所述镁盐为硝酸镁，步骤(2)中用10wt％的氢氧化钠溶液调节废水pH。

5.  根据权利要求4所述的去除方法，其特征是：步骤(1)镁铝摩尔比为1∶1或2∶1，步骤(2)pH为9，反应时间为1小时。

一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法
技术领域
本发明涉及一种铝型材废水的处理方法，具体涉及一种铝型材废水中镍、铬(VI)离子的去除方法，属于污水治理领域。
背景技术
我国目前是建筑铝型材的生产大国、消费大国和净出口国，据统计2008年中国原铝产量934.9万吨，其中铝型材产量约为101.1万吨，约占原铝产量的11％，年增长率约为7.5％。每生产1吨铝型材约产生28吨废水。铝型材废水中除含有酸碱废液、油类、少量的表面活性剂和阴离子外，还含有多种重金属离子。由于在大部分铝型材的生产工艺的着色环节都采用镍盐电解法，因此排出的废水中，含有毒性较强的重金属离子镍。水环境中的镍离子进入人体以后主要存在于脊髓、脑、五脏和肺中，以肺为主，其毒性主要表现在抑制酶系统，刺激皮肤导致镍皮炎等方面。另外，在喷涂车间排出的废水中，含有毒性较强的重金属离子铬(VI)，铬(VI)离子的毒性来源于其强氧化性引起的对有机体的腐蚀与破坏。同时抑制酶活性、干扰蛋白质、核糖核酸的合成，最终导致肾脏、肝脏以及肺的严重受损。如果将这些含镍离子、铬(VI)离子的废水直接排放会严重污染周围的生态环境，给人类的健康安全带来极大的威胁，为了清洁的环境和人类自身健康持续的繁衍，这些废水必须经过严格的治理才能排放或回用。而类水滑石化合物(HTLcs)具有类似于水镁石的层状结构，基本结构式为：[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂](A^n-)x/n·yH₂O，其中M²⁺代表类水滑石层板上的二价阳离子，具有可调控性，一定条件下可将镍离子引入其结构中合成不同的HTLcs，同时去除水体中的镍离子，而铬(VI)离子以铬酸根的形式引入合成HTLcs，达到去除铬的效果。
含镍离子废水的处理方法已经有不少报道，如：CN1401591公开了一种处理含镍废水的铁氧体法，向含镍废水中投放亚铁盐，亚铁盐的加入量为废水中Ni²⁺质量的12～30倍；再向废水中加入碱液以调整废水的pH值，使废水的pH值控制在10.8～12间；然后加入浓度为0.2～2％的H₂O₂进行氧化；接着立即将盛废水的容器加温，使之温度为60～85℃，静置保温15分钟以上即可。处理后的废水中镍离子含量低于1mg/L的国家排放标准，出水可以达标排放，不产生二次污染。
含铬(VI)离子废水的处理方法也已有公开，如：CN1623696公开了一种减少铬(VI)离子污染的方法。作者利用细磨后的高炉矿渣的还原性、吸附性和化学活性，将高炉矿渣细磨后掺加到含铬(VI)离子水溶液中，有效的固化和抑制铬(VI)离子的溶出，使其溶出量小于0.05mg/L，达到了人体健康基准值的要求(GB/T14848-93)。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法，该方法操作简单、成本低、处理后的废水在《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度以下。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝型材废水中镍、铬离子的去除方法，其特征是包括以下步骤：
(1)在搅拌作用下向铝型材废水中加入镁盐或镁盐水溶液，使废水中镁铝摩尔比为1～3∶1；
(2)快速搅拌并调节废水pH，在pH为8.5～9.0的条件下反应1～2小时；
(3)反应后进行固液分离得到满足排放标准的废水。
步骤(1)所述镁盐或镁盐水溶液为硝酸镁、硫酸镁、硝酸镁水溶液或硫酸镁水溶液。
步骤(2)用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠稀溶液或氢氧化钾稀溶液调节废水pH。
所述的搅拌可由磁力搅拌器或其他机械搅拌器完成。
为了得到更好的效果，镁铝摩尔比取1∶1或2∶1，pH取9，反应时间取1小时。
工业铝型材废水中，铝离子的含量一般为10～12mmol/L，镍离子浓度一般为10～20mg/L，铬(VI)离子浓度一般为5～20mg/L。本发明充分利用废水中的铝离子，可以分别去除镍、铬离子或同时去除这两种离子，达到了以废治废的目的。
本发明的原理是：加入的镁盐与废水中的铝反应可形成类滑石化合物，通过控制反应条件，分别将镍、铬离子引入类化石化合物结构中从而降低废水中镍、铬(VI)含量，达到排放标准。废水中铝离子含量完全可以达到有效去除镍、铬离子的目的。从图3可以看到，样品的谱图具有类水滑石化合物的典型谱图，并且化合物在700～300cm^-1处的吸收峰是由镍、铬(VI)离化合物的结构中，由类水滑石化合物的结构特征可知镍、铬(VI)离子在化合物层板上的嵌入作用是其赋存的主要形式。
本发明的关键是形成类水滑石化合物，然后利用类水滑石化合物降低废水中镍、铬含量。所以，镁铝比及pH值对整个去除过程非常重要。发明人经过大量实验，得出了镁铝比及pH对镍、铬去除率的影响，其关系见图1和图2。
从图1可以看到镍、铬(VI)离子去除率在镁铝比值为1∶1或2∶1时，镍、铬(VI)离子的去除率可以达到98％以上，这说明镁铝比值是这种方法的影响因素之一，并且随着镁铝比值的增大而减小。
从图2可以看到pH值是影响镍、铬(VI)离子去除率的重要因素。pH值从7.5上升到8.5时，镍离子去除率增加了16.44％，铬(VI)离子去除率增加了16.99％，当pH值为8.5或9.0时，镍、铬(VI)离子去除率都在96％以上。
本发明操作简单，成本低，利用铝型材废水中大量的铝离子，有效降低了镍、铬(VI)含量，使铝型材废水中镍、铬(VI)离子的浓度降低至《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度以下，以解除铝型材废水中镍、铬(VI)离子对环境和生物体的危害，达到以废制废的目的。
附图说明
图1为体系中镁铝比值对镍、铬(VI)离子去除率的影响曲线。其中，横坐标为镁铝比值，无量纲，纵坐标为镍离子的去除率(％)。
图2为体系pH值对镍、铬(VI)离子去除率的影响曲线。其中，横坐标为pH值，无量纲，纵坐标为镍离子的去除率(％)。
图3为最佳条件下得到的固体样品的红外光谱图。其中，横坐标为波数，单位cm^-1，纵坐标为吸光度(％)。
具体实施方式
实施例1：
取铝型材废水100mL于300mL的锥形瓶中，经测定得，废水中铝离子摩尔浓度为10mmol/L，镍离子浓度为10mg/L。在磁力搅拌下加入硝酸镁溶液50mL，溶液中镁离子摩尔浓度为10mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入10wt％氢氧化钠溶液调节体系的pH值为9，反应1小时后进行固液分离。采用火焰原子吸收分光光度法测得溶液中镍离子的剩余浓度为0.098mg/L，去除率为99.02％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。
实施例2：
取铝型材废水100mL于300mL的锥形瓶中，经测定得，废水中铝离子摩尔浓度为12mmol/L，镍离子浓度为20mg/L。在磁力搅拌下加入硝酸镁，使废水中镁离子摩尔浓度为35mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入氢氧化钾调节体系的pH值为8.5，反应2小时后进行固液分离。采用火焰原子吸收分光光度法测得溶液中镍离子的剩余浓度为0.251mg/L，铬离子的剩余浓度为去除率为98.75％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。
实施例3：
取铝型材废水100mL于300mL的锥形瓶中，经测定得，废水中铝离子摩尔浓度为10mmol/L，镍离子浓度为20mg/L。在磁力搅拌下加入硫酸镁，废水中镁离子摩尔浓度为20mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入15wt％氢氧化钾溶液调节体系的pH值为8.5，反应1小时后进行固液分离。采用火焰原子吸收分光光度法测得溶液中镍离子的剩余浓度为0.260mg/L，去除率为98.70％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。
实施例4：
处理方法与实施例1相同，不同之处在于控制溶液中镁离子摩尔浓度为20mmol/L，pH为8.5。所得溶液中镍离子的剩余浓度为0.139mg/L，去除率为98.61％。
实施例5：
处理方法与实施例1相同，不同之处在于废水中镁离子摩尔浓度为30mmol/L，pH为8.5。所得溶液中镍离子的剩余浓度为0.149mg/L，去除率为98.51％。
实施例6：
处理方法与实施例1相同，不同之处在于控制镍离子浓度为20mg/L，控制溶液pH为8.5。所得溶液中镍离子的剩余浓度为0.254mg/L，去除率为98.73％。
实施例7：
处理方法与实施例1相同，不同之处在于控制镍离子浓度为20mg/L，控制溶液中镁离子摩尔浓度为20mmol/L，pH为8.5。所得溶液中镍离子的剩余浓度为0.404mg/L，去除率为97.98％。
实施例8：
取含铬(VI)离子浓度为5mg/L的铝型材废水100mL于300mL的锥形瓶中，铝离子浓度为10mmol/L，在磁力搅拌下加入硝酸镁，废水中镁离子浓度为10mmol/L，在剧烈搅拌下加入氢氧化钠溶液调节体系的pH值为8.5，反应60min后进行固液分离。采用二苯碳酰二肼分光光度法测得滤液中铬(VI)离子的剩余浓度为0.291mg/L，去除率为94.18％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。
实施例9：
处理方法与实施例6相同，不同之处在于铬(VI)离子浓度为10mg/L，控制溶液中镁离子浓度为10mmol/L。所得滤液中铬(VI)离子的剩余浓度为0.164mg/L，去除率为98.36％。
实施例10：
处理方法与实施例6相同，不同之处在于铬(VI)离子浓度为10mg/L，控制溶液中镁离子浓度为10mmol/L，pH为9.0。所得溶液中铬(VI)离子的剩余浓度为0.231mg/L，去除率为97.69％。
实施例11：
处理方法与实施例6相同，不同之处在于铬(VI)离子浓度为10mg/L，控制溶液中镁离子浓度为20mmol/L，pH为9.0。所得滤液中铬(VI)离子的剩余浓度为0.304mg/L，去除率为96.96％。
实施例12：
处理方法与实施例6相同，不同之处在于铬(VI)离子浓度为20mg/L，控制溶液中铝离子浓度为10mmol/L。所得滤液中铬(VI)离子的剩余浓度为0.168mg/L，去除率为99.16％。
实施例13：
取铝型材废水100mL于300mL的锥形瓶中，经测定得，废水中铝离子摩尔浓度为12mmol/L，镍离子浓度为10mg/L，铬(VI)离子浓度为15mg/L。在磁力搅拌下加入硝酸镁使废水中镁离子摩尔浓度为12mmol/L，接着在剧烈搅拌下加入10wt％氢氧化钠溶液调节体系的pH值为9，反应2小时后进行固液分离。采用火焰原子吸收分光光度法和二苯碳酰二肼分光光度法测得溶液中镍离子的剩余浓度为0.098mg/L，去除率为99.02％，铬(VI)离子的剩余浓度为0.312mg/L，去除率为97.92％，能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)允许的排放浓度。