含铜酸性废水中和药剂的试验研究

李德有，曹 烨，赖才书，温雄明，廖广华

（1.紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭 364200；2.湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100）

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含铜酸性废水中和药剂的试验研究

李德有1，曹 烨2，赖才书1，温雄明1，廖广华1

（1.紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭 364200；2.湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100）

试验从实际条件出发，剔除了温度、压强、少量重金属离子等各种不可控因素的影响，研究了废水处理药剂——石灰及液碱的最佳添加量，并比较了反应沉淀物的体积。在试验条件下，处理1 L某区域含铜酸性废水需添加石灰5 g，或添加液碱8 mL，废水静置24 h后，添加石灰的反应沉淀物体积为150 mL，添加液碱的反应沉淀物体积为340 mL，其上清液均符合污水一级排放标准。综合各种因素，处理某厂的含铜酸性废水采用石灰仍具有优势。

含铜酸性废水；中和药剂；石灰；液碱

某厂的含铜酸性废水主要来自A区域、B库区、C硐（含引流的D硐坑水），废水偏酸性，含高铜、高铁离子，兼有少量的钙、镁等离子。目前该区域废水处理系统主要采用石灰中和法来除酸降铜、铁，石灰中和法有工艺技术成熟、操作简单、管理方便、中和药剂来源广等优点，但其会产生大量的中和沉淀渣，挤占库容，且若无充分的反应条件，反应较不完全，易造成石灰浪费。目前该区域石灰仓下游就因反应时间较短而积压了大量的未充分反应的石灰浆，而且中和沉淀渣大量积压在E库区，挤占库容。为了缓解E库区库容日益缩小的压力，该区域废水处理药剂拟改用浓度为30.51%的液碱。而液碱作为新引进的废水处理药剂，价格偏高，但其具有反应充分、操作简单等优点。因此，本试验在废水处理达标（［CuT］≤0.5 mg／L、pH值6～9）的前提下，进行两种废水处理药剂的添加比对，进而找出符合该厂实际的最佳药剂添加量。

1 试验原理与方法

中和法是利用碱性药剂或酸性药剂将废水从酸性或碱性调整到中性附近的一类处理方法［1，2］。中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水的中和反应，反应式如下：

由于酸性废水中常溶解有重金属盐，在用碱进行中和处理时，还可生成难溶的金属氢氧化物或碳酸盐沉淀，反应式如下：

其中三价氢氧化铁胶体为表面活性物质，可将砷、亚砷酸钙、砷酸铁盐及其它杂质吸附成絮凝沉降，加快沉降速度。

该区域废水处理系统处理的废水具有含铜、铁离子高，pH值偏低的特点，将其作为试验用水比较符合工作实际。本试验从实际条件出发，剔除了反应温度、压强、少量重金属离子等各种不可控因素的影响，主要考查上清液总铜浓度与药剂（石灰、液碱）投药量、反应沉淀物体积与静置时间的关系。在相似条件下，分别投加不同量的药剂与多组1 L废水充分反应，然后将反应后的废水在1 000 mL的量筒中静置沉淀，随着时间的推移，记录沉淀物的体积，24 h后，测量上清液的总铜浓度。通过多次试验，得出处理同等条件下的废水所需的药剂量［3］。

试验用水经过检测得出Fe3＋浓度为390.0mg／L，CuT浓度为221.2 mg／L，在理论模型下按等当量反应的原则计算药剂投加量，然后再根据结果值调整投加量，最后综合实际情况计算出最佳药剂投加量［4］。

理论模型下主要涉及以下反应［5］：

式中：M为熟石灰质量／g；n为试验废水pH值；v为试验废水体积／L；C1为总铜浓度／g·L－1；C2为Fe3＋浓度／g·L－1；C3为熟石灰有效钙百分比／%。

液碱添加量公式如下：

式中：M为液碱体积／L；n为试验废水pH值；v为试验废水体积／L；C1为总铜浓度／g·L－1；C2为Fe3＋浓度／g·L－1；C3为NaOH浓度／%；ρ为NaOH浓度为30.51%的液碱密度／kg·m－3，此试验中取值为1.33。

长期以来，由于体制、机制、技术上的限制，我国并没有系统的开展统一的地理国情监测，多头开展和多部门共同参与地理国情监测带来数据重复采集、监测标准不统一和监测结果主观性等问题，无法满宏观决策和公共服务对地理国情的真实需求，因此准确规范的基础数据显得尤为重要。地理国情普查的一个主要目的就是利用其精确普查的地表三维数据和各种要素集为地理国情监测系统提供规范完整的基础性数据[3]，有利于建立统一的地理国情监测体系和权威发布平台，为下一步开展常态化的土地利用、生态环境、能源矿产评估、水资源、自然灾害等地理国情监测打下夯实的基础。

2 试验材料与设备

试验所需材料及试剂见表1。

表1 试验材料及试剂

试验所需设备及物品见表2。

表2 试验设备及物品

3 试验结果与讨论

3.1 试验数据

该矿山含铜酸性废水处理结果见表3。

表3 含铜酸性废水处理试验结果

3.2 上清液总铜浓度、pH值与投药量的关系

试验中，石灰添加量对上清液总铜浓度和pH值的影响如图1所示。

从图1中可以看出，随着石灰添加量的增加，pH值随之增大，但总铜浓度却逐渐减小。这是因为强碱性的石灰不断中和废水中的H＋，同时铜离子与OH－离子结合产生Cu（OH）2沉淀物。石灰添加量在4.9～6 g时，处理的废水符合排放标准。从图1中也可以看出，pH值7～8时，废水总铜离子浓度是达标的，这是因为此时水呈碱性，OH－离子除了中和铜离子外，还剩余一些在水中游离。当pH值＞9时，石灰添加量明显过量。在日常废水处理中，可通过调控pH值来达到废水处理达标的目的。

图1 上清液总铜浓度、pH值与石灰投药量的关系

液碱添加量对上清液总铜浓度和pH值的影响如图2所示。

图2 上清液总铜浓度、pH值与液碱投药量的关系

从图2中可以看出，液碱添加量在7.6～8.8 mL时，处理的废水符合排放标准。

3.3 反应沉淀物体积与时间的关系

试验反应时间对反应沉淀物体积的影响如图3所示。

图3 反应沉淀物体积与静置时间的关系

从图3中可以看出，随着静置时间的推移，反应沉淀物体积逐渐压缩变小，但在一定时间后体积变化不大。

4 结论与建议

4.1 结 论

本次试验是在剔除各种不可控因素的情况下进行的，试验主要考查了处理同等条件下的废水所需添加的石灰及液碱最佳投药量，并比较反应24 h后的沉淀物体积，得出了如下结论：

1.处理1 L本试验用水的最佳石灰投药量为5 g，最佳液碱投药量为8 mL。

2.处理1 L本试验用水投加5 g石灰时，反应24 h后的沉淀物体积为150 mL；投加8 mL液碱时，反应24 h后的沉淀物体积为340 mL。

3.添加液碱的反应沉淀物沉降速度明显慢于添加石灰的反应沉淀物沉降速度，而沉淀物体积明显大于添加石灰时的沉淀物体积。

4.2 建 议

针对该厂含铜酸性废水处理投药量进行的试验分析，结合该厂实际条件，给出以下建议：

1.从经济因素考虑，处理本试验用水，添加石灰投药量按5 g／L计，石灰成本按400元／t计，因在废水处理中投加石灰时存在反应不充分的现象，废水处理实际投药量应上浮20%按6 g／L计，添加石灰的药剂成本为2.4元／m3；添加液碱投药量按8 mL／L计，液碱成本按870元／t计，添加液碱的药剂成本为9.26元／m3。因此，处理本试验用水添加石灰具有较好的经济性。

2.从反应沉淀物体积来比较，处理1 L本试验用水石灰投药量为5 g时，静置24 h后的反应沉淀物体积为150 mL，而液碱投药量为8 mL时的反应沉淀物体积为340mL。经过观察，发现投加石灰后，其反应沉淀物较密实，且底层存在一些沙石；而投加液碱的反应沉淀物较松散，呈絮状悬浮状态，这有利于E库区船泵清淤作业，但却不利于船泵工业水的回抽，因为水流发生紊流，悬浮的絮状沉淀物极易上升到水面，被输送到选矿工艺系统内影响工艺指标。综合考虑，处理本试验用水投加石灰稍具优势。

3.因液碱在废水处理中具有其自身的优点，如反应较完全、添加方便等，可将其与石灰结合使用，用于调节水质的pH值，如本试验的5g石灰＋1mL液碱组合，明显提高了pH值，或者在突发情况下将其作为应急物质使用。

4.面临E库区库容日益缩小的压力，从药剂的选择上是找不到出路的，因为反应沉淀物的物质数量是一定的，不会因药剂的改变而变化，而只有从反应沉淀物的转移上着手，才是最终出路。与其每年花大量人力、物力在库区抽浆，倒不如尽快完善废水处理系统，例如建立“简易底泥回流工艺”废水处理系统，既可以有效提高石灰利用率，又可以及时转移反应沉淀渣。

［1］ 白润才，李彬，李三川，等.矿山酸性废水处理技术现状及进展［J］.长江科学院院报，2015，32（2）：14－19.

［2］ 杨晓松，邵立南.有色金属矿山酸性废水处理技术发展趋势［J］.有色金属，2011，63（1）：114－117.

［3］ 徐劲，孙水裕，蔡河山，等.Fenton试剂处理选矿废水的实验研究［J］.环保科学与技术，2005，28（6）：9－11.

［4］ 万俊峰，李光明.Fenton试剂在污水处理上的发展与展望［J］.江苏环境科技，2005，18（3）：36－39.

［5］ Lin S H，Lin C M.Operating characteristics and kineticstudies of surfactantwastewater treatmentby Fenton oxidation［J］.WaterRes，1999，33（7）：24－28.

Experimental Research of Agentia for Neutralizing Copper-containing Acid W astewater

LIDe-you1，CAO Ye2，LAICai-shu1，WEN Xiong-ming1，LIAO Guang-hua1
（1.Zijin Mining Group Co.，Ltd，Shanghang 364200，China；2.Hunan Research Institute of NonferrousMetals，Changsha 410100，China）

Proceeding from practical condition，eliminates the influence of uncontrollable factors such as temperature，pressure，tiny amount of heavy metal ions and so on，the research focuses on the optimal adding amount of the agentia，lime and sodium hydroxide，for wastewater treatment，and compares volumes of different reacting sediments. Under experiment condition，5 g of lime or 8 mL of sodium hydroxide are needed for treating 1 liter of coppercontaining acid waste water.After 24 hours standing of the wastewater，the volume of lime reacting sediment is 150 mL and sodium hydroxide＇s reacting sediment is 340 mL，both of the supernates comply with GB18918-2002. Considering all factors，applying lime to treat copper-containing acid waste water still have advantages.

copper-containing acid waste water；neutralizing agent；lime；sodium hydroxide

X758

A

1003－5540（2017）01－0058－03

2016－11－12

李德有（1983－），男，工程师，主要从事矿山环境保护管理工作。