线路板废水铜离子达标排放技术研究

李善得 曾凡银

（1广州市环境保护技术设备公司 广东广州 510030 2广州市环境保护科学研究院 广东广州 510620）

引言

随着线路板需求量持续增加，产生的废水排放量增加。线路板废水具有成分复杂、含重金属，如铜、铅、锡等特点。特别是其中含有络合剂，与重金属离子具有良好的络合性，导致重金属采用混凝法、沉淀法无法持续稳定的达标排放。其中铜离子是最常见的，无法持续稳定达到《电镀行业污染物排放标准》（GB21900－2008）中排放标准0.5mg/L的要求。

铜离子和有机物络合形成络合物[1-5]，该络合物在中性或者碱性条件下无法形成铜的沉淀，导致铜离子无法从水溶液中去除。本论文采用置换方法，采用活性铝粉为置换剂，研究了铜离子的达标排放的影响因素，同时回收部分铜。

1 实验及仪器

1.1 仪器及药剂

某软性线路板综合废水，铜离子含量43mg/L，含有大量的有机物络合剂，水呈蓝色，弱碱性。硫酸（分析纯，98%，广州化学试剂厂）。铝粉（含量99%，100目，天津）。原子吸收分光光度计（AA-7003，北京）。

1.2 实验步骤

取线路板废水500mL放入300ml烧杯中，调节pH到一定值，加入活性铝粉一定的量，然后以60转/min的速度搅拌，反应一定的时间，静置30分钟，取上清液测铜的含量。

1.3 分析测试

铜离子采用原子吸收分光光度计测试铜的含量。

1.4 铜离子去除率

铜离子去除率=（C0-Ct）/C0×100%

C0：原液铜离子浓度，mg/L；Ct：置换后铜离子浓度，mg/L

2 结果及讨论

2.1 pH对铜离子除去率的影响

表1给出了在不同pH条件下溶液中残余铜含量。铝粉添加量为500mg，反应时间120分钟。

表1 不同pH条件下最终铜离子浓度和铜的去除率

从表1看出，pH越低，铜去除率越高。pH为5.11，铜浓度降低到0.35mg/L。pH接近中性或者弱碱性，铜去除率很低，铜不能达标排放。可见pH越低越有利于铜去除。这可能是生成的铝的水合物水解附着在铝粉的表面不利于置换反应的发生。

同时，pH为3.12，铝粉投入溶液后，刚开始铝粉表面气泡少，1分钟后，大量气泡产生。pH升高后，表面产生气泡需要的时间更长，产生的气泡也更少。这可能是因为，活性铝粉表面本身包括一层铝的氧化物，pH较低时，表层氧化物容易被酸反应去除。pH升高后，表层去除效果不佳，阻碍置换反应进行。

2.2 铝粉量对铜去除的影响

铝粉在溶液中一方面置换出铜，同时也会和酸反生反应，生成氢气。实验考察了铝粉的投加量对残余铜含量的影响。实验结果见表2，实验条件为，溶液pH为4和5，反应时间120分钟。

表2 不同铝粉投加量对铜离子去除率的影响

从表2可以看出，随着铝粉投加量增加，残余铜的浓度不断降低。这主要是由于铝粉是100目的细小颗粒，表面积增加，和溶解接触面积增加，铜从溶液里置换出来的量增加。pH为4和5相比，在相同铝粉投加量情况下，pH为4反应效果更好。铝粉质量是铜的5－10倍，都可以取得好的效果，残余铜含量低于0.5mg/L。而当投加量大于10倍时，残余铜的下降量并不显著。

投加铝粉的量远远大于理论需要铝粉的量，是由于铝粉本身纯度只有99%；同时，铝粉表面氧化物也不能发挥置换铜的作用；第三是铝粉不仅和铜反应，也和溶液中的酸反应。

2.3 反应时间对铜去除的影响

置换铜的反应与反应时间有着密切的关系，一方面是由于该反应是非均相反应，接触面积大小影响反应的进行；同时，铝粉表面有一层氧化物薄膜会阻碍反应。不同反应时间铜残余浓度和去除率的关系如表3所示。实验条件为pH为4，铝粉投加量为151mg。

表3 不同反应时间条件下铜的残余浓度和去除率

从表3中可以看出，随着时间的延长，铜的残余浓度不断降低，当反应30min时，铜的含量降到0.37mg/L，去除率达到69.17%，满足排放标准0.5mg/L的要求。同时我们也发现，铝粉刚投入溶液时，铝粉表面没有气泡冒出，2分钟后，有大量的气泡从铝粉表面产生，这是因为铝粉表面有氧化物造成的。可见，反应时间需要30分钟以上才可以把铜离子含量降到0.5mg/L以下。

结语

通过对铝粉置换铜降低线路板废水中络合铜的研究得出以下结论：（1）铝粉置换可以有效去除线路板废水中的络合铜离子，可以稳定持续保证铜离子含量在0.5mg/L以下；（2）反应的最佳条件是：pH：4－5，铝粉质量/铜质量为 5－10 倍，反应时间不低于30min。