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高分子重金属絮凝剂对Hg2+的应用性能解析

文章出处:北京水处理药剂作者:水处理药剂网发表时间:2013-02-26

  絮凝沉淀是水处理的重要方法之一.但是,一般重金属废水中含有螯合剂,因而,重金属离子易于被稳定化,有相当部分重金属以溶解态存在于水中,主要为各种配合物,由于这些配合物具有一定的稳定性,一方面使重金属的溶解度大大提高,另一方面也使常规高分子絮凝剂分子中的配位基(如羧基)难于与配合物中的配位体发生竞争,因而现有絮凝剂的品种不能有效地将溶解态重金属去除.

  高分子重金属絮凝剂(MHM)是将重金属离子的强配位基引入高分子絮凝剂的分子中,从而得到的一种具有重金属捕集功能的絮凝剂.

  本文选择含汞离子的废水作为处理对象,以MHMF为絮凝剂及螯合剂,研究不同条件(pH值、浊度、其它金属离子)的影响。

  1 实验方法

  水样:含Hg2+50mg·l-1; MHMF:聚乙烯亚胺经黄原酸化制得。

  取400ml含Hg2+废水,在不同的条件(pH值、浊度、其它金属离子)下,投加MHMF,采用六联搅拌器快搅(120r·min-1) 2min,慢搅(40r·min-1) 10min,再静置10min,用移液管吸取距液面2cm处的上清液,测定Hg2+的含量和浊度。

  汞的测定采用AFS-2202双道原子荧光光度计;浊度的测定采用分光光度法(以硫酸联胺-乌洛托品定标)。

  2 pH值对MHMF-Hg2+螯合体生成的影响

  pH值对MHMF去除Hg2+的影响不大, pH值较低时,只要提高MHMF的投加量,Hg2+的去除率几乎不受影响。这是因为MHMF是一种具有螯合作用的高分子絮凝剂,在水溶液中因离解而带有大量的负电荷,其离解平衡如下:

  当把MHMF投加到含Hg2+的废水中,MHMF分子上的部分二硫代羧基与Hg2+发生螯合作用,还有部分基团带有一定量的负电荷,它们之间存在着静电斥力.当pH值降低时,[H+]增大,离解平衡向左移动,致使带负电荷的基团数量降低,静电斥力减弱,同时,由于投加量的增大,有效二硫代羧基的数量增加,因而HMF-Hg2+螯合体就能很快絮凝沉淀下来,得到较高的Hg2+的去除率.若MHMF投加量不足,有效二硫代羧基的数量相对减少,大大减少了Hg2+与二硫代羧基的碰撞机会,从而影响了二者螯合反应的速度,,Hg2+的去除率就会下降。

  浊度(100NTU, pH 3)的存在不仅不会影响Hg2+的去除,而且在一定程度上能提高Hg2+的去除效果.。MHMF投加量以较少就可以得到较高的浊度去除率,其值在98%以上, Hg2+的去除率也在99%以上.当含汞废水具有一定的浊度时,有利于MHMF对汞离子的去除.其原因在于:在具有浊度的重金属废水中投加MHMF,不仅可依靠MHMF的螯合作用去除水中溶解态的汞离子,而且能通过MHMF的“架桥作用”使水中致浊物质(包括颗粒状的重金属化合物)联结成大量的絮体,充分发挥其卷扫、网捕作用,使螯合沉淀物迅速沉降。

  此外,由于絮体的比表面积较大,一部分溶解性的汞离子会被吸附在絮体的表面,随着絮体的沉淀而得到进一步去除.同时,汞离子的存在对MHMF去除浊度有显著的促进作用.由于MHMF与胶体微粒均带有负电,若没有盐的存在,吸附架桥作用不是非常明显,但若有Hg2+存在, MHMF通过螯合作用去除Hg2+的同时,自身的负电荷大大降低,吸附架桥作用和电中和作用才会很好的表现出来.用MHMF处理具有浊度的重金属废水,废水中的重金属离子和致浊物质的存在会起到互相促进去除的作用。

  3 Na+, Ca2+对MHMF-Hg2+螯合体生成的影响

  由图3可见: Na+和Ca2+的存在(pH=3)并不影响螯合体MHMF-Hg2+的生成,也不消耗MHMF,虽然在二硫代羧基中含有配位硫原子,但不易与Na+, Ca2+发生配位反应.但Na+, Ca2+尤其是Ca2+的存在会促进Hg2+去除,且在相同去除率的前提下,MHMF的投加量相对较少.同时Na+, Ca2+的存在,尤其是Ca2+的存在使标准投药范围变宽,有利于实际应用.其主要原因为: MHMF与Hg2+螯合后,高分子上还会带着一定量的负电基团,它们之间存在着静电斥力,且作用力比较强,因此,相对比较稳定,不易絮凝沉淀. Ca2+的加入,起到了压缩双电层、加速絮凝的作用,从而得到有效的去除.这是因为Ca2+的两个特点决定的:第一, Ca2+不易与MHMF发生螯合反应;第二, Ca2+带有较高的正电荷。

  4 MHMF—Hg2+螯合体的沉降性

  取含Hg2+, Ca2各50mg·l-1的水样,调节pH值至3,投加MHMF (10mg·l-1),分别沉淀1, 2, 4, 6, 8, 10min.结果表明: MHMF-Hg2+的沉降性非常好.沉淀1min左右, Hg2+的去除率达到99%以上,与传统化学沉淀法相比,沉降速度大大提高,传统化学法(如硫化物沉淀法)处理低浓度含Hg2+废水时,生成的颗粒比较小,沉淀物分离困难,常常需要投加适当的混凝剂.因此,用MHMF处理重金属废水,具有沉降时间短、沉降速度快、沉淀物易被从水中分离、设备体积小、效率高等特点。

  5 MHMF对重金属离子的选择性

  取50mg·l-1含Hg2+水样,分别加入Ca2+, Cu2+, Ni2+各50mg·l-1,调节pH值至3,投加MHMF进行絮凝实验,结果如图4所示.从图4可以看出, MHMF对不同重金属的螯合作用强弱不同,具有一定的选择性, MHMF与三种金属离子的螯合能力的大小应为: Hg2+ Cu2+>Ni2+,利用MHMF的这个特性,可以通过控制MHMF的投加量将某些重金属离子从其它离子中分离出来,便于回收利用.

  综上所述,用MHMF处理含重金属的废水对pH值要求较松,在去除重金属的同时低了水中的浊度,且不需增加设备及构筑物,投药量少,容易操作,管理方便.废水中的其它金属离子(如Ca2+)可以促进MHMF对重金属离子去除.而且,当废水中含有多种重金属离子时,可以利用MHMF与它们螯合作用的强弱不同进行部分分离。

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