某电子厂含铜废水处理初步研究.doc

0 摘摘 要要 科技的发展 生产电子线路板是当今社会主流行业之一 某电子厂从事镀铜电子线路板 生产 它是通过电镀化学技术进行处理 当经过电镀化学药水置换 侵蚀等等反应 就形成 含铜废水 本课题从其来源种类 处理药物 处理条件等 以探究如何更有效的处理电 镀含铜废水 最大限度减少废水中含铜量 最优的保护环境 绿色生产 本课题源于含铜废 水处理是通过吸附 絮凝以及物理沉淀等进行处理的 因此从废水处理过程中温度 pH 值 PAC PAM 等因素进行实验研究它们对除铜率的影响 通过对比探求最佳条件处理含铜废水 关键词关键词 电镀 含铜废水 吸附 絮凝 Summary The development of science and technology the production electronics circuit plank is one of the social essential professions nowadays The some electronics factory is engaged in to plate the copper electronics circuit plank production it is to pass to electroplate a chemistry technique to carry on a processing When has been electroplated the chemistry medicine water displacement and eroded etc reaction form contain copper waste water This topic is from its source category processing medicine processing condition etc with investigate how more effective processing electroplate to contain copper waste water the biggest limit reduces to contain amount of copper in the waste water and the superior environmental protection green produces This topic comes from to contain a copper liquid waste processing is pass to adsorb flocculation and physics precipitates etc carry on the processed therefore the factors such as temperature pH PAC and PAM etc starts experiment to study them from the liquid waste processing process to in addition to the copper leads of influence investigate the best condition processing to contain copper waste water through a contrast Keyword Electroplate to contain Copper waste Adsorb Flocculation 目目 录录 1 1 前言 前言 1 1 I 1 1 电镀废水的危害物分类 2 1 2 电镀镀铜废水的由来 3 1 2 1 电镀镀铜废水的产生原理 3 1 2 2 电镀镀铜废水的细部产生环节 3 1 3 电镀含铜废水中铜存在形式及处理原理 4 1 3 1 废水中铜存在的形式 4 1 3 2 废水中不同存在形式铜的处理原理 5 1 4 国家对电镀污水排放的标准 6 2 2 实验部分 实验部分 7 7 2 1 实验仪器和药品 7 2 2 实验步骤 12 2 2 1 操作部分 12 2 2 2 计算部分 14 3 3 实验结果 实验结果 1515 3 1 温度的影响 16 3 2 PH 的影响 17 3 3 聚丙烯酰胺 PAM 的影响 18 3 4 聚合氯化铝 PAC 的影响 19 5 5 结论 结论 2020 致致 谢谢 2121 参考文献参考文献 2222 0 1 1 前言 前言 电子线路板从发明至今 其历史 60 余年 历史表明 没有线路板 没有电子线路 飞 行 交通 原子能 计算机 宇航 通信 家电 这一切都无法实现 道理是容易理解的 芯片 IC 集成电路是电子信息工业的粮食 半导体技术体现了一个国家的工业现代化水平 引导电子信息产业的发展 而半导体 集成电路 IC 的电气互连和装配必须靠线路板 日 本 线路板集 作者小林正所说 如果没有电脑和资料 电子设备等于一个普通箱子 如 果没有半导体和线路板 电子元件就是块普通石头 PCB 在中国是充满希望的产业 每 年会有二位数字的增幅 许多国外订单投入中国 机遇是存在的 正如以上所说电子行业的正飞速发展 但事情那个都是两方面的 电子行业的生产同样 伴随着环境污染问题 并且电子行业的污染多种多样 包括水 大气 土壤等都涉及到 既 然有污染 就有预防 治理和环境保护 因此本文就电子行业其中一类污染问题 电镀含铜废水的处理进行研究 从而寻求其 最佳处理条件 更有效的处理电镀含铜废水 最大限度减少废水中含铜量 最优的保护环境 绿色生产 研究对象为某电子厂从事镀铜电子板的生产 下图为镀铜电板样图 过程中所产生的含 铜废水 图图 1 1 镀铜电子板样板镀铜电子板样板 1 1 1 电镀废水的危害物分类 该电子厂所生产的镀铜电子板表面的金属物质 主要是通过化学反应以及电镀等方法镀 到板表面 电镀的废水有害物质如下 1 氰化物 氰化物是极毒物质 特别是在酸性条件下 它变成剧毒的氢氰酸 含氰 废水必须先经过处理 才可排入水道或河流中 人的口服致死量氰化钾为 120mg 氰化钠为 100mg 长期饮用含氰 0 14mg dm3的水会出现头疼 头晕 心悸等症状 2 六价铬和三价铬 铬有三价 Cr3 和六价 Cr6 之分 实验证明六价铬的毒 性比三价铬高 100 倍 可在人 鱼和植物体内蓄积 六价铬对人体皮肤 呼吸系统以及内脏 都有伤害 能致呼吸道癌 主要是支气管癌 3 铅和铅化物 铅及其化合物对人体是有害元素 水体中铅会引起鱼类 水生物等 中毒 严重者甚至死亡 铅经饮用水或食物进入人体消化道后 有 5 10 被人体吸收 当 蓄积过量后 在骨骼中的铅会引起内源性中毒 当血铅到 60 80 g 100cm3时 就会出现头 疼 疲乏 记忆衰退 失眠 食欲不振等症状 4 镍和镍化合物 镍进入人体后主要存在于脊髓 脑 五脏中 以肺为主 其毒性 主要表现在抑制酶系统 镍及其镍盐类对电镀工人的毒害主要是镍皮炎 5 铜和铜化合物 铜是生命所必需的微量元素之一 但过量的铜对人体和动 植物 都有害 皮肤接触铜化合物 可发生皮炎和湿疹 在接触高浓度桶化合物时可发生皮肤坏死 6 锌和锌化合物 锌是人体必需的微量元素之一 正常人每天从食物中吸收锌 10 15mg 过量的锌会引起急性肠胃炎症状 如恶心 呕吐 同时伴有头晕 周身无力等 1 本文主要研究对象为第 5 条废水中铜和铜化合物 它是通过 PAC PAM 等药物的吸附 絮凝 再通过物理沉淀 过滤等过程降低废水中含铜量 实验是从出水口取样测验出水含铜 量来确定除铜效果 2 1 2 电镀镀铜废水的由来 电镀镀铜废水中铜的主要来源是电镀或酸洗的拖带液 污染物经金属漂洗过程又转 移到漂洗水中 1 2 1 电镀镀铜废水的产生原理 电镀镀铜是指在含有欲镀铜金属的盐类溶液中 以被镀基体金属为阴极 通过电解作用 使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来 形成镀层的一种表面加工方法 这样 多余的金属离子和电镀化学反应 置换 侵蚀等金属离子就存留在槽内药液中 2 图图 2 2 电镀废水中铜产生原理图电镀废水中铜产生原理图 1 2 2 电镀镀铜废水的细部产生环节 Cu 一次镀铜 流程 上料 酸浸 1 酸浸 2 镀铜 双水洗 抗 氧化 水洗 下料 剥挂架 双水洗 上料 Cu 二次镀铜 流程 上料 清洁剂 双水洗 微蚀 双水洗 酸浸 镀 铜 双水洗 以下是镀锡流程 2 从上面一次镀铜和二次镀铜的详细环节可以看出电镀镀铜废水主要由 酸浸 1 酸 浸 2 镀铜 抗氧化 清洁剂 微蚀 酸浸等环节产生 3 1 3 电镀含铜废水中铜存在形式及处理原理 该电子厂的含铜废水的主要分为两种 一是非络合废水 铜是以离子态形式存在 二是 络合废水 铜是以金属络合物形式存在的 不同形态的含铜废水其处理的过程也有不同之处 1 3 1 废水中铜存在的形式 1 非络合废水的定义与分类 凡废水中含有需要去除的重金属离子 如 Cu 2 2 Ni 2 2 Sn 2 2 等等 可以通过简单的 化学沉淀 中和沉淀 方法加以去除 而无需用其他特殊手段去除的废水统称为非络合废水 3 根据某电子厂成产工艺以及所用的化学溶液 非络合废水中铜废水主要由磨版含铜废水 和其他含铜非络合废水组成 详细分类请见表 1 废水中离子态铜来源分类表 表表 1 1 废水中离子态铜来源分类表废水中离子态铜来源分类表 序号工序名称 Cu 2 PPM PH 1 化镀除油 12 89 2 化镀微蚀 50 2 3 化镀浸酸 10 2 4 化镀活化 8 35 5 化镀加速 12 43 5 6 加厚铜镀铜 362 7 显影 0 59 8 蚀刻 5 29 9 去膜 0 510 10 图电除油 3 53 11 图电微蚀 302 4 12 图电镀铜 503 13 图电退夹具 0 47 4 14 图电酸平前处理 204 15 图电酸平后处理 0 57 2 络合废水的定义与分类 凡废水中含有需去除的重金属离子 如 Cu 2 2 Ni 2 2 Sn 2 2 等等 与水体中所含有的 有机络合物 络合剂 能形成金属络合物 无法通过简单的中和沉淀方法加以去除 而需要 采用其它特殊手段去除的废水统称络合废水 3 根据某电子厂的 生产工艺以及所使用的化学溶液 其络合废水主要来自于化学镀铜工 序 详细分类请见表 2 废水中铜络合物的来源分类表 表表 2 2 废水中铜络合物的来源分类表废水中铜络合物的来源分类表 序号工序名称所属系统 Cu 2 PPM PH 1 化镀沉铜化铜线 1511 2 显影显影 13 3 退膜蚀刻 13 4 电镀线漂洗水一次铜或电镀线 8 固体产品为 20 40 碱化度 70 75 图图 3 3 聚合氯化铝 固体粉末状 聚合氯化铝 固体粉末状 图图 4 4 聚合氯化铝 液体 聚合氯化铝 液体 7 聚合氯化铝 聚氯化铝 PAC 作用机理 聚合氯化铝 聚氯化铝 是一种无机高分子混凝剂 由于氢氧根离子的架桥作用和多 价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大 电荷较高的无机高分子水处理药剂 分子式如下 AL2 OH nCL2 n n 为 1 5 m 10 盐基度 B n 6 100 其混凝作用表现如下 a 水中胶体物质的强烈电中和作用 b 水解产物对水中悬浮物的优良架桥吸附作用 c 对溶解性物质的选择性吸附作用 聚合氯化铝 聚氯化铝 在水中主要形态为 AL1 3O 4 OH 247 性能 a 净化后的水质优于硫酸铝混凝剂 净水成本与之相比低 15 30 b 絮凝体形成快 沉降速度快 比硫酸铝等传统产品处理能力大 c 消耗水中碱度低于各种无机混凝剂 因而可不投或少投碱剂 d 适应的源水 PH6 0 10 0 范围均可凝聚 e 腐蚀性小 操作条件好 f 溶解性优于硫酸铝 g 处理水中盐分增加少 有利于离子交换处理和高纯制水 h 对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机混凝剂 分类 a 液体 聚合氯化铝 聚氯化铝 未干燥的形态 有不用稀释 装卸使用方便 价格相对 便宜的优点 缺点是运输需要罐车 单位运输成本增 加 每吨固体相当于 2 3 吨液体 b 固体 聚合氯化铝 聚氯化铝 干燥后的形态 有运输方便的优点 不需要罐车 缺点 是使用时还需要稀释 增加工作强度 用途 a 城市给排水净化 河流水 水库水 地下水 b 工业给水净化 c 城市污水处理 8 d 工业废水和废渣中有用物质的回收 促进洗煤废水中煤粉的沉降 淀粉制造业中淀 粉的回收 e 各种工业废水处理 印染废水 皮革废水 含氟废水 重金属废水 含油废水 造 纸废水 洗煤废水 矿山废水 酿造废水 冶金废水 肉类加工废水 使用方法 a 投加量视被处理水而不同 一般给水净化投加量约为 液体产品 5 100 克 吨 固体 20 25 公斤 吨 以商品计 可通过烧杯试验决定 b 配制可直接加入水中 加水量可按投加量和处理水量进行决定 加水后应搅拌均匀 6 2 聚丙烯酰胺的简介 聚丙烯酰胺 Polyscrylamide 简称 PAM 俗称絮凝剂或凝聚剂 分阳离子 阴离 子型 分子量在 400 1800 万之间 产品外观分白色或略带黄色粉末 液态为无色粘稠胶 体状 易溶于水 温度超过 120 时易分解 图图 5 5 聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺 PAMPAM 样图 样图 聚丙烯酰胺 PAM 作用原理 a 用于絮凝时 与被絮凝物种类表面性质 特别是动电位 粘度 浊度及悬浮液的 PH 值有关 颗粒表面的动电位 是颗粒阻聚的原因加入表面电荷相反的 PAM 能速动电位降低 而凝聚 9 b 吸附架桥 PAM 分子链固定在不同的颗粒表面上 各颗粒之间形成聚合物的桥 使 颗粒形成聚集体而沉降 c 表面吸附 PAM 分子上的极性基团颗粒的各种吸附 d 增强作用 PAM 分子链与分散相通过种种机械 物理 化学等作用 将分散相牵连 在一起 形成网状 从而起增强作用 聚丙烯酰胺 PAM 的用途 a 工业废水处理 对于悬浮颗粒 较出 浓度高 粒子带阳电荷 水的 PH 值为中性或 碱性的污水 钢铁厂废水 电镀厂废水 冶金废水 洗煤废水等污水处理 效果最好 b 饮用水处理 我国很多自来水厂的水源来自江河 泥沙及矿物质含量高 比较浑浊 虽经过沉淀过滤 仍不能达到要求 需要投加絮凝剂 投加量是无机絮凝剂的 1 50 但效 果是无机絮凝剂的几倍 对于有机物污染严重的江河水可采用无机絮凝剂和我公司的阳离子 聚丙烯酰胺配合使用效果更好 c 淀粉厂及酒精厂的流失淀粉酒糟的回收 现在很多淀粉厂的废水内含淀粉很多 现 投加阴离子聚丙烯酰胺 使淀粉微粒絮凝沉淀 然后将沉淀物经压滤机压滤变成饼状 可作 饲料 酒精厂的酒精也可采用阴离子聚丙烯酰胺脱水 压滤进行回收 d 用于河水泥浆沉降 用于造纸干强剂 用于造纸助剂 助率剂 在造纸前泵口式储 浆池中加入微量 PAM ASG 3阴离子聚丙烯酰胺可使水中填料与细小纤维在网上存留提高 20 30 7 控制前提条件的药物选择 反应条件无非是温度 PH 等等 8 而作为污水处理 都是在室外进行 冬天和夏天水温 温差很大 这个对反应肯定有一定影响 但却不容易控制温度 而 PH 该电子厂是通过利用 片碱 或废碱 来调节的 10 图图 6 6 片碱样图片碱样图 物化性质 纯品为无色透明晶体 相对密度 2 130 熔点 318 4 沸点 1390 市售 烧碱有固态和液态两种 纯固体烧碱呈白色 有块装 片状 棒状 粒状 质脆 纯液体烧 碱为无色透明液体 固体烧碱有很强的吸湿性 易溶于水 溶解时放热 水溶液呈碱性 有滑腻感 溶于乙 醇和甘油 不溶于丙酮 乙醚 腐蚀性极强 对纤维 皮肤 玻璃 陶瓷等有腐蚀作用 与 金属铝和锌 非金属硼和硅等反应放出氢 与氯 溴 碘等卤素发生歧化反应 与酸类起中 和作用而生成盐和水 片碱 或废碱 的作用 a 把 PH 控制在一定的范围 该厂废水处理 PH 范围约 9 11 b 使水中游离大量的 OH 可以跟废水中铜等重金属离子反应 即 Cu 2 2 2OH Cu OH 2 2 c 有絮凝作用 9 11 2 2 实验步骤 2 2 1 操作部分 1 精确吸取 50mL 水样至于 250mL 锥形瓶中 加 5mL 硝酸 2mL 浓硫酸 一小勺人 造沸石 实验图实验图 1 1 人造沸石人造沸石 将其放置于电炉上加热至冒白烟 溶液呈白色透明为止 如水样尚未透明 可加 2mL 硝 酸继续加热至有机物完全溶解为止 然后加水洗壁 加热煮沸 然后移至 50mL 容量瓶中 用 DI 水稀释至刻线 并摇匀 实验图实验图 2 2 做好的水样至于电炉上煮做好的水样至于电炉上煮 12 2 吸取 10mL 定容水样于 50mL 比色管中 实验图实验图 3 3 水样定溶于水样定溶于 50mL50mL 容量瓶中容量瓶中 同时取若干比色管加入铜标液 0mL 1mL 2mL 3mL 5mL 10mL 并用 DI 水稀释至 10mL 实验图实验图 4 4 稀释至稀释至 10mL10mL 各比色管各比色管 3 在各个比色管中加入柠檬酸铵 EDTA 混合溶液 10mL 之后再加入 3 滴指示剂 用 1 1 的氨水调节溶液至粉红色 实验图实验图 5 5 比色管中变粉的溶液比色管中变粉的溶液 13 4 加入 0 2 铜试剂 2 mL 摇匀 再加入乙酸乙酯 15 mL 加水稀释至 50 mL 刻度线 迅速盖好管塞并震荡使其分层 实验图实验图 6 6 比色管中分层细图比色管中分层细图 5 用吸管吸取上层溶液 以试剂空白溶液作参比溶液 打开 UV 机调节到 435 波长 处检测个比色管溶液吸光度 10 实验图实验图 7 7 水样至于水样至于 UVUV 机待检图机待检图 2 2 2 计算部分 计算 由标准液含铜分别除以相对条件下的吸光值 即 K K 1 1 5 E 2 2 10 E K3 3 15 E 则 K 123nKKKK n 14 水样含铜量 mg L 2 1 EVKV V EK 10 注 E 样吸光度 V 水样体积 V 消解液体体积1 V 消解液吸取量2 表表 3 3 实验数据参照表实验数据参照表 0 mL1 mL2 mL3 mL 出水口 吸光度参考液 0 04000 08100 11900 076 定量铜含量 51015 Kn125123 5126 1 K124 9 由上表得知 K 124 9 E 0 076 水样含铜量 mg L EVKV V 2 1 EK 10 124 9 0 076 10 0 949 上面演算为正常情况下 排污口出水含铜量为 0 949 mg L 其小于国家电镀污染物排 放标准 GB21900 2008 现有设施排放标准 1 mg L 即出水达标 3 3 实验结果 实验结果 在其他条件相同的情况下 就某种工艺参数的不同条件对影响除铜速率的大小作对比 以寻求最佳处理点 15 3 1 温度的影响 不同温度下含铜废水处理后出水含铜量 如表 4 表表 4 4 不同温度下的除铜效率不同温度下的除铜效率 温度 出水口水样的吸光度 出水口排水含铜量mg L 除铜效率 00 08871 1一般 100 07250 9较好 150 06610 82较佳 200 07180 9较好 300 09601 2一般 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 10010203040 温度 出水 口含 铜量 mg L 图图 7 温度 温度 对 对出水口排水含铜量出水口排水含铜量 mg Lmg L 的影响 的影响 由图看出 随温度升高 除铜速率逐渐升高 当 15 左右除铜速率相对较佳 之后再 随温度升高除铜速率降低 也就是说在 0 到 30 之间 其他条件固定 除铜速率呈较缓的 凹线 总体来说温度对于除铜速率 并没有较大的影响 而将水温维持在 15 左右时一个 相当大切耗费资本的工程 因此从经济学来说对于夏天与冬天波动较大的温度可以不予以处 理 以节省资本用于控制其它条件以更好处理污水 16 3 2 PH 的影响 废水除铜是物理化学相结合的复杂过程 在除铜前阶段 必须严格的 控制 PH 约 9 12 11 之间以提供各反应条件 如 片碱在水中水解生成 OH 可以跟废水中铜等重金属离子反 应 即 Cu 2 2 2OH Cu OH 2 2 出水检测如表 5 表表 5 不同不同 PH 下的除铜效率下的除铜效率 PH 出水口水样的吸 光度 出水口排水含铜量 mg L 除铜效率 80 12011 5差 90 08811 1一般 100 07210 9较佳 11 0 06410 8较佳 120 06400 8较佳 130 05990 75较佳 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 678910111213 PH 出水 口含 铜量 mg L 图图 8 PH 对对对对出水口排水含铜量出水口排水含铜量 mg Lmg L 的影响 的影响 实验结果发现使用 PH 的变化对除铜速率影响比较明显 在 PH 低于 8 时 出水口水体发 蓝 废水含有大量铜 因此在低于 PH 8 时不作检测 当 PH 等于 8 时 出水口水质变好 但 含铜量偏高 不符合国家规定之内 当 PH 在 9 13 之间事 废水除铜效率相对稳定 废水除 铜效率较好 但出水水质 PH 偏高 为保证出 17 水水质则需要用大量的工业级兑制的硫酸调节 PH 值 因此从经济学综合考虑 PH 不应控制 在太高 当 PH 等于 9 时是最佳点 但由于处理期间 PH 范围波动性很大 人工很难控制在定 点 所以 PH 约控制在 9 11 之间为宜 3 3 聚丙烯酰胺 PAM 的影响 在排污流量 30 吨每小时以及相对稳定其它的条件下 对聚丙烯酰胺的流量 全开为 90dm h 控制在开度 15 dm h 30 dm h 45 dm h 60 dm h 下进行添加 PAM 观察并 化验出水水质 如表 6 表表 6 不同不同 PAM 流量下对除铜效率的影响流量下对除铜效率的影响 PAM的流 量 dm h 出水口水 样吸光度 出水口排水 含铜量 mg L 出水现象检测除铜效率 150 18412 3水体淡蓝一般 300 08071 0PAM 含量较少较好 450 06400 8PAM 量偏高 水体带黏性较好 600 06000 75PAM 大量剩余 水体有黏丝较好 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 01530456075 PAM 流量 dm h 出水 口含 铜量 mg L 图图 9 PAM 流量 流量 dm h 对 对出水口排水含铜量出水口排水含铜量 mg Lmg L 的影响 的影响 18 从以上数据及检测现象来看 聚丙烯酰胺 PAM 的流量多少对于除铜速率有着明显的 影响 相对的来说聚丙烯酰胺 PAM 的流量越大 除铜效率越明显 但当聚丙烯酰胺 PAM 流量过