（环境科学专业论文）模拟矿山酸性废水中重金属化学沉淀去除及污泥表征.pdf

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e dt oh i mf o rt h ep a t i e n c eh e h a se x e r c i s e dd u r i n gt h ee n t i r ec o u r s eo fm yw o r k h i sd e d i c a t e da t t e n t i o nt om y m a n u s c r i p t sw a s t h es t r o n g e s ts t i m u l u st oc a r r yt h i sw o r kt h r o u g h s p e c i a lt h a n k sa l s og ot od r y uf o rh i sk i n d c o o p e r a t i o nf o ra l l o w i n gm et ou s eh i sl a b o r a t o r y m ys i n c e r et h a n k sg ot ot h es c h o o l o f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n gp e r s o n n e l ，e s p e c i a l l yl e c t u r e r s ，f o rt h e i ra s s i s t a n c ea n d 1w o u l da l s ol i k et ot h a n kl ix i n y i n g ，d uf e i f e ia n dm a o y a n p i n gf o rt h et e c h n i c a la s s i s t a n c et h e y g a v em ed u r i n gm ye x p e r i m e n tw o r k l ix i n y i n gd e s e r v e sa d d i t i o n a lc r e d i tf o rh e ru s u a lg e n u i n e d i s c u s s i o na n dd a i l yf o l l o w i n gu po fm ye x p e r i m e n tw o r k ，a n df o rf a c i l i t a t i n ga l lt h ea n a l y t i c a l i n s t r u m e n t su s e di nt h i sw o r ke g x r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s ，a t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y a n a l y s i s ，z e t ap o t e n t i a la n a l y s i se t c ia mg r a t e f u lt ot h es h a n g h a im u n i c i p a lg o v e r n m e n tf o rf i n a n c i a l l ys u p p o r t i n gm et h r o u g h o u tm y m a s t e r sd e g r e es t u d i e sw i t h i nt h es c o p eo f a t t r a c t i n ga n de n c o u r a g i n ge x c e l l e n tf o r e i g ns t u d e n t s t os t u d yi ns h a n g h a i a b o v ea 1 1 1w i s ht ot h a n kg o df o rh i su n l i m i t e db l e s s i n g s 模拟矿山酸性废水中重金属化学沉淀去除 及污泥表征 摘要 化学沉淀法是一种从废水中去除重金属广泛使用的和可靠的技术。一般来 说，沉淀法就是将溶解或悬浮在溶液中的污染物作为一种固体，通过过滤，离心 及其他分离液体的方法将其沉淀出来的一种方法。在这篇论文中我通过从酸性矿 物废水中分离如锌离子，铜离子和铅离子等重金属来检验这种化学沉淀技术的适 用性。这里我重研究了三种化学沉淀剂：氢氧化钙，纯碱和硫化钠。如，进行了 通过利用一个五烧杯( 一公升每个) 系列的j a r 测试实验，对操作条件如p h 值，剂量需要和去除效率进行了研究。将准备好的酸性污染水放到每个烧杯中， 加入不同剂量的氢氧化钙，碳酸钠和硫化钠粉术，使重金属以金属碱化物，盐化 物和硫化物的形式沉淀出来。氢氧化钙在添加到1 7 0 ，1 1 7 m g i 会实现金属铜和 锌的彻底去除，去除率接近1 0 0 。相比于碳酸钠对锌离子和铜离子的去除率 ( 9 9 9 ，9 9 8 ) 就好得多。其中将硫化钠沉淀剂添加到1 7 4 m g l 被认为是 治理含有铅金属综合废水的最有效方法之一，铅离子的去除率达到9 8 。实验 结果表明，锌和铜沉淀产生的污泥有很好的污泥沉降脱水性能( 浊度，污泥量和 z e t a 电位) 。铅形成超细沉淀( 小絮体) ，很难用沉淀的方法把它分开。一般而 言，结果表明，用氢氧化钙和硫化钠处理过的综合废水更容易脱水。f 如预料的 那样，x r d 实验结果表明，用这三种沉淀剂( 氢氧化钙，碳酸钠和硫化钠) 获 得金属污泥的主要成分分别是金属氢氧化物，金属碳酸盐和金属硫化物。然而， 沉淀中还含有由金属氢氧化物和碳酸盐自发脱水后的金属氧化物，这是由于其溶 解度过低所致。 关键词：矿山酸性废水，重金属，化学沉淀，污泥表征 h e a v ym 匣t a lr e m o v a lf r o ms i m 叫l a t e da c i d i c m i n i n gw a s t e w a t e rb yc h e m i c a lp r e c i p i t a n t s a n ds l u d g ec h a r a c t e r i z a t i o n a b s t r a c t c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o ni saw i d e l yu s e da n dp r o v e nt e c h n o l o g yf o rt h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l s f r o mw a s t e w a t e r g e n e r a l l ys p e a k i n g ，p r e c i p i t a t i o ni sam e t h o do fc a u s i n gc o n t a m i n a n t st h a ta l e e i t h e rd i s s o l v e do rs u s p e n d e di ns o l u t i o nt os e t t l eo u to fs o l u t i o na sas o l i dp r e c i p i t a t e ，w h i c hc a n t h e nb ef i l t e r e d ，c e n t r i f u g e d ，o ro t h e r w i s es e p a r a t e df r o mt h el i q u i dp o r t i o n i nt h i st h e s i si e x a m i n e dt h et e c h n i c a la p p l i c a b i l i t yo fc h e m i c a lp r e c i p i t a t i o nf o r t h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l s s u c ha sz ni o n ，c ui o na n dp bi o nf r o ma c i d i cm i n i n gw a s t e w a t e r ap a r t i c u l a rf o c u sw a sg i v e nt o t h r e ec h e m i c a lp r e c i p i t a t i n ga g e n t s ：l i m e ，s o d aa s ha n ds o d i u ms u l f i d e t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n s s u c ha sp h ，d o s er e q u i r e da n dr e m o v a le f f i c i e n c yw e r es t u d i e db yt h ej a rt e s te x p e r i m e n t sw h i c h w e r ep e r f o r m e du s i n gas e r i e so ff i v eb e a k e r s ( 1le a c h ) t h ep r e p a r e da c i d i cc o n t a m i n a t e dw a t e r w a sp l a c e di ne a c hb e a k e ra n dv a r i o u sd o s a g e so fl i m e ，s o d aa s ha n ds o d i u ms u l f i d ep o w d e r sw e r e a d d e dt op r e c i p i t a t et h eh e a v ym e t a la sm e t a lh y d r o x i d e ，c a r b o n a t ea n ds u l f i d er e s p e c t i v e l yl i m e p r e c i p i t a t i o nw i t ha na d d i t i o no f17 0 ，117 m g 1o fc a l c i u mh y d r o x i d eh a sa c h i e v e dac o m p l e t e r e m o v a lo fc o p p e ra n dz i n cm e t a l sr e s p e c t i v e l yb yw h i c hr e m o v a lc a nb eu pt o 10 0 t h e r e s u l t sc a nb ec o m p a r a b l et ot h a to fc a r b o n a t ep r e c i p i t a t i o n ( 9 9 9 ，9 9 8 ) o fz i n ca n dc o p p e r r e m o v a lr e s p e c t i v e l y , w h e r ea ss u l f i d ep r e c i p i t a t i o nw i t ha na d d i t i o no f17 4 m g 1o fs o d i u ms u l f i d e h a sb e e nf o u n da so n eo ft h em o s te f f e c t i v em e t h o dt ot r e a ts y n t h e t i cw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gl e a d m e t a l ( 9 8 r e m o v a lw a sa c h i e v e d ) i tw a sf o u n dt h a tt h es l u d g ed e r i v e df r o mz i n ca n dc o p p e r p r e c i p i t a t i o nh a dg e n e r a l l yb e t t e rd e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c s ( t u r b i d i t y , s l u d g e v o l u m ea n d z e t a - p o t e n t i a l ) l e a df o r m e du l t r a f i n ep r e c i p i t a t e s ( s m a l ls i z ef l o c s ) t h a ta r ed i f f i c u l tt os e p a r a t e b ys e t t l i n g g e n e r a l l y , t h er e s u l t ss h o wt h a tw i t hl i m ea n ds o d i u ms u l f i d e ，t h et r e a t e ds y n t h e t i c w a s t e w a t e rw a sm o r ee a s i l yd e w a t e r e d a sm a yb ee x p e c t e d ，t h ex r dr e s u l t ss h o wt h a tt h em o s t s i g n i f i c a n tm e t a lc o m p o s i t i o ni nt h es l u d g eo b t a i n e df r o mt h et h r e ep r e c i p i t a n t s ( 1 i m e ，s o d i u m c a r b o n a t ea n ds o d i u ms u l f i d e ) w a st h em e t a lh y d r o x i d e ，m e t a lc a r b o n a t ea n dm e t a ls u l f i d e r e s p e c t i v e l y h o w e v e r , t h e r ew a sas p o n t a n e o u sd e h y d l r a t i o no fm e t a lh y d r o x i d ea n dc a r b o n a t e f o r m i n gm e t a lo x i d e ；t h i si sd u et ot h e i rl o ws o l u b i l i t y k e y w o r d s ： a c i d i c m i n i n gw a s t e w a t e r , h e a v ym e t a l ，c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n ，s l u d g e c h a r a c t e z a t i o n l i t a b l eo fc o n t e n t s a c k n o w l e d g e m e n t i a b s t r a c t i i c o n t e n t s i i i l i s to ff i g u r e s v i l i s to ft a b l e s i x c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1b a c k g r o u n d 矾f o r m a t i o n 1 1 2p r o b l e ms 7 r a t e m e n t 1 1 3t h e s c o p e o ft h es t u d y 2 1 4o b j e c t i v e 3 c h a p t e r 2 l i t e r a t u r er e v i e w 2 1w a t e rp o l l u t i o n 4 2 2 ，a s t e ，a t e rg e n e r a t i o ni nt a n z a n i a 。6 2 3h e a v y m e t a l si nw a s t e ，a t e r 7 2 4m o b i l i t yo fs o m eh e a v ym e 7 眦s 8 2 5h e a l t he f f e c t so fh e a v ym e t a l s 9 2 6p o l l u t l o np r e v e n t i o n 1 2 2 7h e a v ym e t a l - b e a r i n gw a s t e 丘e rt r e a t m e n t m e t h o d s 1 3 2 7 1c h e m l c a lp r e c i p i t a t i o n & p r o d u c t c h a r a c t e r i z a t i o n 1 3 2 7 1 1h y d r o x i d ep r e c i p i t a t i o n 1 5 2 7 1 2s u l f i d ep r 置c i p i t a t i o n 1 6 2 7 1 3c a r b o n a t ep r e c i p i t a t i o n 1 7 2 7 2i o ne x c h a n g e 1 8 2 7 3r e v e r s eo s m o s i s 1 9 2 7 4c a r b o na d s o r p t i o n 1 9 2 7 5b i o l o g i c a l t r e a t m e n t 2 0 2 8p r o g r e s si na c i d i cm i n 矾g a s t e ，a t e rt r e a t m e n t 2 1 c h a p t e r 3 e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n d m e t h o d s 3 1m a t e r l a i s 2 4 3 2m e t h o d o l o g y 2 4 3 2 1l 垤ep r e c i p i l 灯i o n 。2 6 3 2 2s u l f m ep r e c i p l t a t l o n 2 6 3 2 3c a r b o n a t ep r e c i p i t a t i o n 2 7 3 3a n a l y t l c a lp r o c 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i o n 4 7 4 1 2 4s l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sa n d s e d 玎垤e n r a t i o n 4 7 4 1 2 az e t a p o t e n t i a l 。4 7 4 1 2 4t u r b m i t y 4 9 4 1 2 4s l u d g ev o l u m e 5 0 4 125 ) ( - r a yd i f f r a c t i o n & t h e r m a l a j n a l y s i s 5 l 4 1 3l e a dr e m o v a l 5 5 4 1 3 1l 垤ep r e c i p i t a t i o n 。5 5 4 1 3 2s o d i u ms u l f m ep r 凰c i p i r a t i o n 5 6 4 1 3 3s o d i u mc a r b o n a t ep r e c i p i t a t l o n 5 7 4 1 3 4s l u d g ec h a r a c t e r l s t i c sa n d s e d h e n t a l i o n s 7 4 1 3 4z e t a - p o t e n t l a l 5 7 4 1 3 4t u r b i d i t y 6 0 4 1 3 5x - r a yd i f f r a c t i o na n dt h e r m a l 气n _ l i j y s i s 6 2 c h a p t e r 5 5 1f u r t h e rd i s c u s i o n 6 6 5 1l 讧ep r e c i p i t a t i o n 。6 6 5 2s o d i u ms u l f m ep r e c i p i t a t i o n 6 6 5 3s o d i u mc a r b o n a t ep r e c i p i t a t i o n 6 7 5 4c o m p a l u s o no f t h er e m o v a le f f e c i e n c y ：6 8 5 5s l u d g ec h a r a c t e i u s i t c sa n ds e d i m e n t a t i o n 6 8 c h a p t e r6 6c o n c l u s i o n 7 l r e f e r e n c e 7 ：1 3 l i s to ff i g u r e s 1 s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no f t h ee x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e s 2 5 2 f i n a lt u r b i d i t yv s z e t a - p o t e n t i a lo fl i m ep r e c i p i t a t e ds y n t h e t i cw a s t e w a t e r 3 4 3 z e t a - p o t e n t i a lo f t h ez i n c p r e c i p i t a t e s p a r t i c l e s 3 5 4 e f f e c to fl i m ed o s a g eo nt h ed e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a lp a r t i c l e s 3 7 5 e f f e c to fs o d aa s hd o s a g eo nt h ed e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a lp a r t i c l e s 3 8 6 e f f e c to fs u l f i d ed o s a g eo nt h ed e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a lp a r t i c l e s 3 9 7 t h es e d i m e n t a t i o np r e c i p i t a t i o nc u r v e su n d e rd i f f e r e n tl i m ed o s a g e si nt h es y n t h e t i c w a s t e w a t e r c o n t a i n i n g z n ( i i 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o p p e rh y d r o x i d ep a r t i c l e su n d e rd i f f e r e n td o s a g e so f l i m e 4 6 4 1 5 z e t ap o t e n t i a lo ft h ec o p p e rs u l f i d ep a r t i c l e su n d e rd i f f e r e n td o s a g e so fs o d i u m s u l f i d e 4 6 16 z e t a - p o t e n t i a lo ft h e c o p p e rc a r b o n a t ep a r t i c l e s u n d e rd i f f e r e n td o s a g e so fs o d i u m c a r b o n a t e 4 7 17 e f f e c to fl i m e d o s a g e o nt h ed e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a l p a r t i c l e sd u r i n g s e t t l i n g 4 8 18 e f f e c to fs o d aa s h d o s a g e o nt h e d e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a l p a r t i c l e sd u r i n g s e t t l i n g 4 8 19 t h es e d i m e n t a t i o np r e c i p i t a t i o nc u r v e su n d e rd i f f e r e n ts o d aa s hd o s a g e si nt h es y n t h e t i c w a s t e w a t e rc o n t a i n i n gc u ( i i ) i o n s 4 9 2 0 t h es e d i m e n t a t i o np r e c i p i t a t i o nc u r v e su n d e rd i f f e r e n tl i m ed o s a g e si nt h es y n t h e t i c w a s t e w a t e r c o n t a i n i n gc u ( i i ) i o n s 4 9 2 1 t g d t gc u r v e f o r t h e l i m e p r e c i p i t a t e ds l u d g e 5 0 2 2 t g d t gc u r v ef o r t h es o d aa s hp r e c i p i t a t e ds l u d g e 5 0 2 3 t g d t gc u r v ef o rt h es o d i u ms u l f i d ep r e c i p i t a t e ds l u d g e 51 2 4 t h ex r a y d i f f r a c t i o n g r a p h s f o rt h e c o p p e r i ii o n p r e c i p i t a t e s 5 1 2 5 z e t a - p o t e n t i a li nr e l a t i o nt os o d aa s hd o s a g e 5 5 2 6 z e t a - p o t e n t i a li nr e l a t i o nt os u l f i d ed o s a g e 5 6 2 7 z e t a - p o t e n t i a li nr e l a t i o nt ol i m ed o s a g e 5 7 2 8 e f f e c to fs u l f i d e d o s a g e o nt h ed e s t a b i l i z a t i o no fc o l l o i d a lp a r t i c l e s d u r i n g s e t t l i n g 5 8 2 9 e f f e c t so fl i m