靖江ctp废水处理装置 设备材质供选择

金属冶炼、电镀化工、矿山开采及电子产品蚀刻漂洗生产过程中常常产生大量含Cu2+废水。含铜废水未经处理直接排放到环境中，会对水体和土壤造成严重的环境污染，并造成资源的流失。因此，从废水中将铜这一贵重金属进行回收具有良好的经济价值与环境效益。不同的生产活动导致排放废水中铜离子的存在状态、浓度以及成份具有较大的区别。电镀生产过程产生的硫酸铜、焦磷酸铜污染物的质量浓度在100mg/L左右；铜矿山含铜废水的质量浓度在几十至几百mg/L。电子产品蚀刻漂洗生产过程中产生的含铜废水的质量浓度范围在130～150mg/L。因此，含铜废水的有效预处理问题便显得尤为迫切。常见的含铜废水处理方法主要有化学沉淀法、电解法、离子交换法和吸附法等，这些方法中存在二次污染、能耗高等问题，无法满足对高质量浓度含铜废水的预处理要求。经过研究发现，络合萃取技术对预处理含铜废水具有显著效果，可以回收金属铜。络合萃取法与其他分离方法相比具有分离效率高、易自动化与连续化、设备简单和操作安全等优点，且对含有被萃取物的萃取剂可利用反萃取剂进行反萃取以回收有用物质，并使萃取剂再生而重复使用。

笔者以N902萃取剂、煤油稀释剂为萃取体系，考察萃取剂体积分数、萃取相比(O/A，O表示络合剂与稀释剂的总体积，A表示废水体积)、废水原水样初始pH和萃取时间对铜萃取效果的影响，旨在为回收再利用高质量浓度含铜废水提供一种可供选择的方法。

1、实验部分

1.1 实验仪器与试剂

HY－2A型振荡器，FE20型精密pH计，搅拌器，ICP－OES(Optima8300)。

氯化铜，H2SO4、N902，煤油，M5640，Lix984等实验所用试剂皆为分析纯。

1.2 实验方法

实验用水参照参考文献和实际废水采用氯化铜配制模拟工业含铜污水。其组成及质量浓度分别为Cu2+0.5g/L、Fe2+1.302mg/L。将分析纯硫酸按照实验所需取一定体积与去离子水进行混合配置得到不同浓度的反萃取试剂。

采用较为经济实用的N902作为萃取剂，N902属于醛肟类萃取剂，主要成分为2－羟基－5－壬基－水杨醛肟。主要技术参数：铜饱和容量Cu：5.4～5.8g/L，萃取等温点Cu：≥4.8g/L，外观呈琥珀色油状液体，密度(24℃)：0.91～0.93g/cm3，萃取动力学(30s)：≥96%，萃取分相时间：≤70s，铜铁选择性：≥2300。煤油作为萃取体系中的稀释剂，通过调整N902的体积并与煤油按一定比例进行混合得到不同大小浓度的有机相萃取体系。然后进行模拟萃取实验和反萃取实验。反应方程式如下：

其中：RH为N902，CuR2为萃取剂与铜生成的络合物。

萃取实验：在20℃室温条件下，将100mL的废水加入到250mL梨型分液漏斗中，然后加入按照一定比例量配制好的有机相萃取体系进行错流萃取，用FE20型精密pH计测控混合液pH，手动摇晃分液漏斗10s后放气，将其固定于HY－2A型振荡器，以300～320r/min的转速使其振荡充分混合反应，经过一定预设时间后萃取达到平衡，进行静置操作，使其充分分层得到萃余液水相(下层)和负载有机相(上层)。通过ICP－OES进行分析测定水相中铜离子浓度大小，从而得出铜的萃取效率，去除效率公式为：

反萃取实验：将上述萃取实验得到的负载有机相加入到250mL梨型分液漏斗中，然后加入反萃取剂硫酸溶液进行反萃取，将其固定于HY－2A型振荡器，以300～320r/min的转速振荡混合使其充分反应，经过一定时间后反萃取达到平衡，紧接着静置分层得到水相(下层)和有机相(上层)。通过ICP－OES分析测定水相中铜离子浓度，从而得出反萃取铜的效率，反萃取率公式为：

2、结果与讨论

2.1 萃取处理含铜废水的影响因素

2.1.1 萃取剂N902体积分数对含铜废水处理效果的影响

在室温为20℃，废水pH为4.28，相比(O/A)为1∶10，转速为300～320r/min，萃取时间为5min时，静置5min分层取样，分别考察萃取剂N902的体积分数(10%、20%、30%、40%、50%)对含铜废水的萃取效果，结果如图1所示。

由图1可以看出，随着萃取剂体积分数的不断提高，废水水样中Cu2+的质量浓度显著减小，Cu2+萃取效率不断提升。由图1可以看出，在V(N902)/V(煤油)=10%时，Cu2+的萃取效率为92.03%；在V(N902)/V(煤油)为30%时，Cu2+的萃取效率好，去除率达到99.66%；V(N902)/V(煤油)为20%～40%时，Cu2+的去除率达到理想值。继续加大N902体积分数，Cu2+的萃取效果变化趋于缓和。原因是当N902体积分数较小时，反应未达到平衡状态，增大N902体积分数可使反应向正方向进行，从而提高Cu2+的去除率。但是随着N902体积分数的增大，萃取剂黏度随之不断增大，导致两相接触面积减小，从而影响了终的反应效果。此外废水水样中的Cu2+为一定值，当反应达到平衡状态时，即使继续提高N902体积分数也不能提高Cu2+的去除率。另外，有机试剂用量过大会相应增加处理的经济费用，因此，佳实验条件选择N902的体积分数为20%。

2.1.2 萃取相比对含铜废水处理效果的影响

在室温为20℃，废水pH为4.28，萃取剂N902体积分数为20%，转速为300～320r/min，萃取时间为5min时，静置5min分层取样，分别考察相比(O/A)(1/9、1/8、1/7、1/6、1/5)对含铜废水的萃取效果，结果如图2所示。

由图2可以看出，随着相比的增大，水相中剩余Cu2+的质量浓度逐渐降低，Cu2+的萃取效果显著提高。当相比(O/A)为1/9时，Cu2+的去除率为95.53%；相比(O/A)为1/5时，Cu2+的去除率达到99.94%，且水相剩余Cu2+质量浓度也仅有0.28mg/L，萃取效果显著。通过调整萃取体系中N902与煤油的体积比，在实现佳分离效果的同时尽可能地减少二者的用量。综上所述，在后续实验过程中选取相比(O/A)为1/5。

2.1.3 pH对含铜废水处理效果的影响

在室温为20℃，萃取剂N902体积分数为20%，相比(O/A)为1/5，转速为300～320r/min，萃取时间为5min时，静置10min分层取样，分别考察pH(1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5)对含铜废水的萃取效果的影响，结果如图3所示。

由图3可以看出，当废水水样pH为4.28时，经过萃取处理过后水相剩余Cu2+质量浓度为0.28mg/L；当废水水样pH为1.5时，经过萃取处理过后水相剩余Cu2+质量浓度为3.02mg/L。随着废水酸度的增加，Cu2+的去除率不断降低，显然pH影响了反应平衡的移动方向。相关文献证实了络合萃取生成的螯合物为CuR2，且同时会释放出H+，根据平衡方程式2RH+Cu2=+CuR2+2H+可知，当降低水相pH时，不利于萃取平衡向右进行，影响终的萃取效果。因此，在萃取实验体系下，结合各方面考虑，后续实验宜采用pH为4.28。