工业含铝废水的处理和利用分析解析Word下载.docx

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由此可见，废水的处理与再利用是经济发展和水资源保护的主要组成部分。

现如今，英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投资对因工业革命和经济发展带来的水污染进行治理。

目前，我国工业采用的催化剂都是以氧化铝作为载体的重金属催化剂，在溶解催化剂中贵金属的同时，也将铝溶解在酸液中，以至残液具有很强的酸性，并含有大量的铝离子。

同时，随着近代工业高速发展，铝型材在工业生产、建筑及民用材料中应用愈来愈广泛，由于铝型材加工业是近年发展起来的新兴工业，产生的酸洗废水多数工厂都未经处理而排放。

虽然废水排放标准中对铝浓度没有限制，但在很多工业废水中，铝仍以污染物的形式存在，如果不加处理，会导致环境的污染，铝资源的浪费甚至对人类的健康造成危害。

近代医学表明过量的摄取铝会引起老年痴呆，肾衰竭，骨质疏松症，尿毒症等疾病。

因此，含铝废水资源化的研究是十分紧迫的任务。

国内外的学者对于含铝废水的处理做了大量的研究。

目前主要使用的方法分为三类：

第一类是化学法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体公沉淀法、化学还原法、电化学还原法等，它的缺点是可能会造成二次污染；

第二类是物理化学法，它是在不改变废水中物质的化学形态下进行吸附、浓缩、分离等操作，包括混凝、气浮、吸附、膜分离等；

第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，其中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等，它具有效果好，投资少，不产生二次污染的特点。

本文主要研究化学法中的化学沉淀法，经过中和、沉淀、过滤等操作使废水中的铝离子以氢氧化铝沉淀的方式脱离，然后将沉淀进行处理得到高纯度硫酸铝，使废水PH在6~9达到国家排放标准。

该方法中应注意由于铝为两性金属，在不同的PH值的环境中得到的物质的存在方式不同，通过调节PH值，用平行实验测出沉淀时的最佳PH值和反应时间等条件，从而得到高纯度的硫酸铝。

随着我国石油、化工、环保等工业的发展.______________________________________________________________________________________________________________________________，，，，金属催化剂的用量不断，随之排放的含铝废水也在逐步增加。

含铝废水若直接排放不仅会造成一定的环境污染还伴有着严重的铝资源浪费。

所以，处理工业含铝废水对于改善我国的环境污染和促进化工业可持续发展有着重大的意义。

1.文献综述

1.1工业废水的种类

1．工业废水的定义：

工业企业的各行各业在生产过程中排出的废水，均称为工业废水。

包括生产污水（被污染的工业废水）、生产废水（生产过程中排出的未受污染或受轻微污染以及水温稍有升高的排水如冷却水、热排水等）和生活污水3种。

2．工业废水的分类：

1）按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类，含无机污染物为主的为无机废水，这类废水主要含有重金属盐类如Pb2+、Cd2+、Cr6+、Fe2+、Hg2+或高浓度阴离子如F-、AsO43-、CN-、Cl-、SO42-等，一般采用物理、化学如化学沉淀、沉降等工艺处理；

含有机污染物为主的为有机废水，包括可降解和不可降解两类，对于可生物降解的有机废水可以考虑采用生物处理工艺。

例如电镀废水和矿物加工过程的废水，是无机废水；

食品或石油加工过程的废水，是有机废水。

2）按照行业的产品加工对象分类。

如冶金废水、造纸废水、炼焦废水、金属酸洗废水、纺织印染废水、制革废水、农药废水、化纤废水等等。

3）第三种是按废水中所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放射性废水等。

这种分类方法的优点是突出了废水中主要污染物成分，可针对性地考虑处理方法或进行回收利用

1.2工业废水的处理方法

1.2.1国内外污水处理流程

现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。

一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法

大部分只能完成一级处理的要求。

经过一级处理的污水，BOD一般可去除3

0%左右，达不到排放标准。

一级处理属于二级处理的预处理。

二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD，C

OD物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。

三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养

化的可溶性无机物等。

主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，

活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。

1.2.2工业废水的处理方法

1、化学法

化学法主要包快化学沉淀法和电解法。

1．化学沉淀法

化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。

1）中和沉淀法

在含重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。

中和沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法。

实践证明在操作中需要注意以下几点：

（1）中和沉淀后，废水中若pH值高，需要中和处理后才可排放；

（2）废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有zn、Pb、sn、Al等两性金属时，pH值偏高，可能有再溶解倾向，因此要严格控制pH值，实行分段沉

淀；

（3）废水中有些阴离子如：

卤素、氰根、腐植质等有可能与重金属形成络合物，因此要在中和之前需经过预处理；

（4）有些颗粒小，不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。

2）硫化物沉淀法

该方法是通过向废水中投加硫化剂,使金属离子与硫化物反应,生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。

硫化剂可采用硫化钠、硫化氢或硫化亚铁等。

此法的优点是生成的金属硫化物的溶解度比金属氢氧化物的溶解度小,处理效果比氢氧化物沉淀更好,而且残渣量少,含水率低,而且反应的pH值在7～9之间，处理后的废水一般不用中和，便于回收有用金属。

缺点是硫化物价格高，硫化物沉淀物颗粒小，易形成胶体；

硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸生成硫化氢气体，产生二次污染。

为了防止二次污染问题，英国学者研究出了改进的硫化物沉淀法，即在需处理的废水中有选择性的加入硫化物离子和另一重金属离子（该重金属的硫化物离子平衡浓度比需要除去的重金属污染物质的硫化物的平衡浓度高）。

由于加进去的重金属的硫化物比废水中的重金属的硫化物更易溶解，这样废水中原有的重金属离子就比添加进去的重金属离子先分离出来，同时防止有害气体硫化氢生成和硫化物离子残留问题。

3）铁氧体法

铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物,是一种具有铁磁性的半导体。

铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的，利用铁氧体反应,把废水中的二价或三价金属离子,充填到铁氧体尖晶石的晶格中去,从而得到沉淀分离的方法。

在含Cr废水中加入过量的FeSO4，使Cr6+还原成Cr3+，Fe2+氧化成Fe3+，调节pH值至8左右，使Fe离子~13Cr离子产生氢氧化物沉淀。

通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，形成铬铁氧体。

铁氧体法形成的污泥化学稳定性高，易于固液分离和脱水。

铁氧体法除能处理含Cr废水外，特别适用于含重金属离子的电镀混合废水。

铁氧体法具有设备简单、投资少、操作简便、不产生二次污染等优点。

但在形成铁氧体过程中需要加热（约70。

C），能耗较高，处理后盐度高，而且有不能处理含Hg和络合物废水的缺点。

2.电解法

电解法是利用金属的电化学性质，金属离子在电解时能够从相对高浓度的溶液中分离出来，然后加以利用。

按照阳极类型不同,将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。

电解法主要用于电镀废水的处理，具有去除率高、无二次污染、设备简单、占地小、操作管理方便、而且可以回收有价金属所沉淀的重金属可回收利用等优点。

大约有3O多种废水溶液中的金属离子可进行电沉积。

电解法是一种比较成熟的处理技术，能减少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金属，已应用于废水的治理。

这种方法的缺点是水中的重金属离子浓度不能降得很低、电耗大、出水水质差、废水处理量小。

所以，电解法不适于处理较低浓度的含重金属离子的废水。

近年来，电解法迅速发展，并对铁屑内电解进行了深入研究，利用铁屑内电解原理研制的动态废水处理装置对重金属离子有很好的去除效果。

2、物理化学法

1．离子交换法

离子交换法是利用离于交换剂的交换基团,与废水中的金属离子进行交换反应,将金属离子置换到交换剂上予以除去的方法。

推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力，多数情况下离子是先被吸附，再被交换，离子交换剂具有吸附、交换双重作用。

用离子交换法处理重金属废水,如Cu2+、Zn2+、Cd2+等,可以采用阳离子交换树脂;

而以阴离子形式存在的金属离子络合物或酸根（HgCl2-、Cr2O72-等）,则需用阴离子交换树脂予以除去。

几年来，国内外学者就离子交换剂的研制开发展开了大量的研究工作，应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石、膨润土。

2．膜分离技术

膜分离法包括反渗透法、电渗析法、扩散渗折法、液膜法和超滤法等。

膜分离技术是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法，由于膜过滤技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点，使其在废水处理领域有很大的发展潜力。

但由于工业废水往往含有酸、碱、油等物质，处理条件比较苛刻，因此，处理废水使用的膜必须具有较好的材料性能，从而在苛刻的条件下保持良好的分离性能和较长的使用寿命。

从这方面来看，开发抗污染等性能优良的过滤膜具有重要的战略意义。

3．吸附法

该方法是利用吸附剂表面活性对重金属的吸引将废水中的重金属离子除去的方法。

吸附剂种类很多，常用的有活性炭，活性炭可以同时吸附多种重金属离子，吸附容量大。

但活性炭价格贵，使用寿命短，需再生，操作费用高。

吸附法由于占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染,特别适用于处理含低浓度金属离子的废水。

3、生物化学法

1．生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。

微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外、具有絮凝活性的代谢物，一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。

由于多数微生物具有一定线性结构，有的表面具有较高电荷或较强的亲水性，能与颗粒通过各种作用相结合，起到很好的絮凝效果。

目前开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等共l7种。

其中对重金属有絮凝作用的有l2种。

王国惠从活性污泥中筛选到一株产絮凝剂的菌株WJ2100。

该菌株产絮凝剂的适宜pH为6.5，对Na+、K+、Ca2+和Fe3+均有较好的促絮凝作用，Ca2+尤为显著。

康建雄等进行了生物絮凝剂Pullulan絮凝水中Pb2+的试验，探讨了Pullulan与电解质A1Cl3+的复合比、絮凝溶液pH值以及初始Pb2+浓度对絮凝效果的影响。

结果表明，在PullMan与A1C13+用量比为4：

1．1、溶液pH值为6．5～7、Pb2+初始浓度为10、25、60和100mg／L时，分别投加8、25、40、80mg／L的Pullulan，对Pb2+的去除率可达最高，分别为73．86％、76．30％、77．07％和81．19％。

6次重复性试验表明，PullMan的絮凝效果具有较高的稳定性。

生物絮凝法具有无机絮凝剂和合成有机絮凝法无法比拟的优点，处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，虽然当前也存在着生产成本较高、活体絮凝剂保存困难、难以进行工业化生产的难题，大部分生物絮凝剂还处于探索研究阶段，但微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。

因此微生物絮凝法具有广阔的发展前景。

2．植物修复法

植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。

植物修复法是利用生态工程治理环境的一种有效方法，它是生物技术处理企业废水的一种延伸。

利用植物处理重金属，主要有三部分组成：

（1）利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属

（2）利用金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散

（3）利用金属积累植物或超积累植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分。

通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度。

在植物修复技术中能利用的植物有藻类植物、草本植物、木本植物等。

植物修复法与其他的方法相比具有技术和经济上的双重优势，实施较简便、成本较低和对环境扰动少。

种植植物不仅可以净化和美化环境，而且在清除土壤中重金属污染物的同时，可以从富含金属的植物残体中回收贵重金属，取得直接的经济效益。

缺点是治理效率较低，不能治理重污染土壤。

1.3含铝废水的处理方案

1.3.1含铝废水合成铵明矾

1．实验过程

从某工厂铝型材车间取得实际酸洗废水样，分析得知：

AI3+含量为20.95g/L；

H+为4.09mol/L；

SO42-为423.77g/L。

取废水样100mL，逐滴加入0.7mol/L的（NH4）2SO4溶液，直到不再出现沉淀为止，此时恰好需（NH4）2SO4溶液100mL；

然后过滤反应液，干燥滤渣、称重，得31.05g铵明矾NH4Al（SO4）2。

对过滤后的上清液分析得出：

AI3+含量为1.81g/L；

SO42-含量为172.03L。

由此可算出铝的回收率为91.36％。

将过滤后的上清液加热煮沸15min，然后置于容器中，在60~C的温度下加入NH3，将溶液的pH值调至9—10，使其进行反应；

待反应完毕后，蒸发溶液，至结晶析出为止；

结晶物为硫酸铵（NH4）2SO4，冷却、干燥后，重量为23.76g，产品纯度为99.7％。

因此，在合成铵明矾的过程中，实际上只消耗了NH3。

2．铵明矾纯度分析

铵明矾的分子式为NH4Al（SO4）2，称取制得的铵明矾2.0357g．溶于适量的水中。

分别测得各物质含量Al3+0.2306g；

SO42-1.6282g；

NH4+O.1544g

Al3+/SO42-=0.2306/1.6282=27/96×

2

Al3+/NH4+=0.2306/O.1544=27/18

分子组成比NH4+：

Al3+：

SO42-=1：

1：

2，

所以，铵明矾的纯度为：

（0.2306+1.6282+0.1544）/2.0357×

100%=98.89%

1.3.2含铝废水制备超细氧化铝

1．实验方法和结果

SiO2的溶解度与pH值的关系，如表1所示。

由表1可知，SiO2的溶解度在pH<

8基本保持不变，而且溶解度很小，所以先调整pH值后，采用活性炭过滤便可将大部分硅除去，而保留在溶液中的那部分硅不随pH值升高而析出。

废水中的铝、镁离子，根据溶度积规则和分步沉淀理论，以NaOH作为沉淀剂，控制pH值，使其中的铝、镁离子分别以氢氧化铝和氢氧化镁凝胶的形式分离出来并干燥。

处理后的废水用分光光度计检测，铝含量，镁含量均达到了相关处理水水质标准。

将实验所得Al（OH）3在不同干燥时间、不同焙烧温度下制成氧化铝粉末，比较不同条件下制得的氧化铝样品，通过粒径及红外光谱的测定与分析，确定制备超细氧化铝最适宜的工艺条件为：

干燥时间：

15～25h，焙烧温度：

1150℃；

焙烧时间：

7h，所得氧化铝的样品粒径为：

227—309nm。

表1.1SiO2的溶解度与PH值的关系

溶解度/（mol·

L-1）2.52.62.552.52.552.63.14.88.0

PH值2.02.74.006.07.008.08.69.010.0

2．结果分析与讨论

样品经不同干燥时间后，在不同的焙烧温度下焙烧5h所得样品在偏光显微镜下观察。

结果得到，干燥10h的样品整体情况要比干燥5h样品的整体情况好，可见干燥时间的长短对颗粒的粒径大小有影响。

另外，焙烧温度不同，所得样品结果也不同，温度越高效果也越好，焙烧温度为1150℃时效果最佳，在这一温度下所得样品的粒径较小，分布均匀。

1.3.3水处理剂聚合氯化铝的制备新研究

1.实验过程

首先对水样进行预处理，因为实验所用的汗硝基苯、硝基苯按等有机物的酸性染料废水，具有较高的COD和色度，所以采用分批投加粉状活性炭进行脱色处理。

然后用铝灰和含酸废水制取聚合氯化铝絮凝剂。

将干燥的铝灰放置于烧瓶中，加入用以浓度不用配比的废水液，加热搅拌4h左右，温度控制在80~85℃。

反应结束后，用碱液将PH调到3.5~5之间，再熟化8~16h后得上层液体即使产品。

分析产品的性能和絮凝效果。

2.结果与讨论

表3为废水经分批投加活性炭处理前后的各项指标。

原废水中含量略大于H+含量，说明Cl-存在形式处理HCl以外还以其他氯化物的形式存在。

表4是铝灰中铝含量的测定结果。

表1.2各项指标

指标原废液处理后废液

原水COD（mg/L）11065369

H+浓度（mol/L）5.926.22

Cl-浓度（mol/L）6