自制絮凝剂聚硅酸铁处理含镍废水的研究

沈澄英， 骆丽君

（江阴职业技术学院 化学纺织工程系，江苏 江阴214433）

0 前言

钢渣是炼钢生产中仅次于高炉渣的第二大固体废物，它大约占粗钢产量的12%～15%［1］。随着我国钢铁工业的发展，钢渣的产量逐年攀升。2014年，中国的粗钢产量已增至11.6亿吨，钢渣的产出量至少为1亿吨。大量的钢渣直接填埋或倾倒在钢厂周围，会对环境造成极大的危害。如何提高钢渣的利用率是我国当前亟待解决的问题之一。钢渣作为一种新型材料应用于环境污染治理中［1］，不仅能以废治废，还能避免钢渣废弃时所造成的污染，有着深远的科学意义和实际工程价值。

絮凝是水处理技术中最重要的操作过程之一，通过该过程可使胶体脱稳，小颗粒聚集成大颗粒，以除去水中的悬浮固体、天然有机物等。聚硅酸金属盐是一类新型的无机高分子絮凝剂［2］，它是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的复合絮凝剂。聚硅酸铁是一种重要的无机高分子絮凝剂，它具有沉降速率快、沉渣量少、适用范围广、安全无毒等优点［3］。

电镀生产中会产生大量的废水。电镀废水主要包括镀件漂洗液、废槽液和电镀车间的清洗液等。镀镍是金属电镀的重要方式之一。笔者以钢渣、铁屑为原料制得聚硅酸铁，并将其用于含镍废水的处理。

1 实验

1.1 仪器及试剂

1.1.1 仪器WFZ-26A 型紫外可见分光光度计，PHSJ-3F型精密酸度计，TA6-1型混凝试验搅拌仪，等等。

1.1.2 试剂氨水，硝酸，碘，丁二酮肟，乙二胺四乙酸，镍，柠檬酸铵，等等。

1.2 实验方法

1.2.1 镍的测定

采用丁二酮肟分光光度法（参照GB 11910—89）测定镍的质量浓度。在6个100 mL 容量瓶中分别加入0、4、8、12、16、20mL 镍标准工作溶液（20 mg／L），并加入8mL 柠檬酸铵和4mL 碘溶液，再加水至80mL，摇匀；加入8 mL 丁二酮肟溶液，摇匀；加入8 mL 乙二胺四乙酸溶液，加水至标线，摇匀；用10mm 比色皿，以水为参比液，在444nm 波长下测定显色液的吸光度，去除空白值，得到工作曲线y=2．528 2x+0．025 2（R2=0．999 8）。

1.2.2 自制聚硅酸铁

钢渣（由江阴兴澄钢铁集团公司提供）主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 等氧化物；铁屑取自学院实习工厂。将钢渣和铁屑溶解于足量的稀盐酸和稀硝酸中，滤液在装有锚式搅拌器的反应器中反应3～4h，反应温度为80℃。反应完成后得到的红褐色黏稠液体即为絮凝剂，陈化24h后备用。自制絮凝剂的主要成分是聚硅酸铁，它可以存放90d左右。高分子量的聚硅酸铁有极强的吸附架桥能力，有利于增强絮凝剂的絮凝性能。

2 结果与讨论

2.1 最佳pH值的确定

取5个烧杯，于每个烧杯中加入100 mL 含镍废水，用硫酸和氢氧化铵分别将其pH值调至1～2、2～3、4～5、6～7、8～9。在不同pH值下进行处理，测定上清液中镍的质量浓度，结果如图1所示。由图1可知：自制絮凝剂处理含镍废水的最佳pH值为8左右。

图1 pH值对絮凝效果的影响

2.2 最佳投加量的确定

将自制絮凝剂配成5g／L，取6份1 000mL 废水，将其pH值均调至8；然后向各废水中分别投加2、3、4、5、6、7mL的自制絮凝剂，以300r／min的转速搅拌5min。搅拌完毕后，静置30min，取10mL上清液，测定镍的质量浓度，结果如图2所示。投加量为2mL 时，水体呈淡黄色，几乎没有絮状物；投加量为4 mL 时，水体呈黄色，有少量絮状物；投加量为6mL和8mL 时，水体呈深黄色，有大量絮状物。由图2 可知：自制絮凝剂的最佳投加量为6mL，即30mg／L。继续增加絮凝剂的量，效果反而变差。絮凝剂的量增加到一定程度，就会通过压缩双电层架桥及电性中和作用使溶液胶体状态遭到破坏，影响絮凝效果。

图2 投加量对絮凝效果的影响

2.3 最佳絮凝时间的确定

取6份1 000mL废水，并将其pH值调至8左右；向每份废水中加入30 mg／L 的自制絮凝剂，转速为300r／min，絮凝时间分别设定为1、2、3、4、5、6 min；静置30min，测定剩余镍的质量浓度，结果如图3所示。由图3可知：絮凝时间对絮凝效果存在一定影响，絮凝时间达到4min时效果已经很显著。这是由于陈化后的自制聚硅酸铁已连接成了更大的凝胶结构，该结构在絮凝中可有效发挥吸附架桥作用，处于链端的金属离子起阻聚作用且提供较高的表面电荷。该结构可有效压缩杂质双电层，减少表面电荷，因而和聚硅酸的结合充分发挥了吸附和电中和机制的最佳协同作用，从而缩短絮凝时间。

图3 絮凝时间对絮凝效果的影响

2.4 自制絮凝剂与PAM、FeSO4 的比较

将三种絮凝剂配成如下的质量浓度：PAM 10 g／L，自制絮凝剂5g／L，FeSO410g／L。向三份1 000mL含7mg／L的含镍废水中加入不同的絮凝剂，调节pH值，转速为300r／min，设定不同的絮凝时间，静置30min后测定剩余镍的质量浓度，结果见表1。PAM 絮凝后的水体中产生大量的白色絮状物；硫酸亚铁絮凝后有大量微小絮状物；聚硅酸铁絮凝后有大量絮状物。比较三种絮凝剂的沉降速率，聚硅酸铁的明显大于PAM 和硫酸亚铁的。由表1可知：自制絮凝剂对含镍废水的絮凝效果优于PAM 和硫酸亚铁。这是由于使用自制絮凝剂进行水处理产生的絮体大而密实，在下落卷扫过程中不断结合长大，最终几乎全部连为一体，大而密实的絮体有利于絮凝之后的过滤。

表1 三种絮凝剂的处理条件及结果

3 工艺实例

3.1 工艺流程

絮凝法处理含镍废水的工艺流程，如图4所示。

3.2 含镍废水的性质

该废水取自江阴某工业园区，镍的质量浓度为7mg／L，呈乳白色，pH值为3左右。

3.3 含镍废水处理结果

按照上述实验得到的最佳工艺条件来控制图4所示的工艺生产。分别对该生产工艺中的原水、二沉池出水和排放口出水进行取样，分析其中镍的质量浓度，结果如表2所示。排放口出水中镍的质量浓度低于0.5 mg／L，镍的去除率在93%以上。GB21900—2008中规定电镀废水的出水排放标准为1.0mg／L，含镍废水经处理均可达标排放。

图4 混凝法处理含镍废水的工艺流程

表2 絮凝法处理含镍废水的结果

4 结论

（1）采用钢渣、铁屑自制絮凝剂聚硅酸铁，并将其用于含镍废水的处理。控制pH值为7～8，反应时间为4min，自制混凝剂的投加量为30mg／L。

（2）将实验得到的工艺条件应用于实际废水处理中。絮凝法处理含镍废水的效果很好，镍的去除率可以达到93%以上，排放口出水中镍的质量浓度低于0.5mg／L，符合电镀废水出水排放标准。

［1］王帅，谢丽，盛杰，等.钢渣在环境治理中的应用及其研究进展［J］.工业水处理，2008，28（12）：14-17.

［2］文彦杰，韩春英，张丽丹，等.聚硅酸铁镁水处理剂的制备及应用研究［J］.北京化工大学学报：自然科学版，2012，39（4）：90-94.

［3］张景香，陆金仁，单宝田，等.聚硅酸铁镁絮凝剂制备及其脱色作用的研究［J］.工业水处理，2009，29（8）：56-58.