论文部分内容阅读
随着科技的发展,电子计算机等行业飞速发展,推动了电路板行业的发展。我国沿海各城市已建起数千家不同规模的印刷电路板的企业,印刷电路板是电子工业的重要组成部分,根据其层次的不同可分为单面办、双面板、多面板。根据生产工艺和工序的不同产生污水的废水污染物种类和形态可分为4大类:(1)重金属废水:主要包含cu2+、pb2+、Ni2+金属离子废水,主要是在清洗工艺过程中产生的含铜、锰、镍等重金属离子的废水等;(2)废水主要含有氟离子和重金属pb2+的含氟废水;(3)废水中含有络合剂和重金属的络合废水,主要表现为重金属-EDTA、重金属-氨络合物;(4)高浓度的有机废水,废水中含有溶解氧的保护膜;本文主要是研究含铜电路板废水,通过铁屑内电解和铝片置换两种方法对铜去除效果进行研究。
铁屑内电解法是在近20年发展起来的一种较为廉价高效的废水处理方法。铁屑内电解法处理废水集合了氧化还原法、絮凝沉淀、电化学附集、吸附以及电场等作用于一体,作用于废水中使污染物成分进行转化,从而达到处理污水的目的。近年来,铁屑内电解法迅速发展,在工业废水处理中广发应用,其处理成本廉价处理效率较高,带来了较好的经济效益和环保效益。铁屑内电解法在电路板废水、电镀、造纸印刷废水、印染等工业废水处理中得到了广泛应用。铝片置换法原理是通过氧化还原反应,活泼性强的金属铝置换出废水中的铜,这种方法处理效率较高,效果比较显著。
本文通过化学沉淀法与铁屑内电解法联用和铝置换法两种方法分别对含铜电路板废水处理效果在实验是内进行研究。通过向高浓度含铜废水中投加氢氧化钠可以从废水中回收铜,从而实现资源回收利用。由于单一通过化学沉淀法处理,废水中的铜浓度未到达污水排放标准,故采用铁屑内电解法联用处理。在实验室内进行振荡实验,通过对铁屑处理含铜电路板废水进行条件实验以及搅拌实验,为工业化利用提供参数。本文第二部分是研究铝片去除含铜电路板废水的能力,在实验的基础上,对铝片去除含铜废水进行条件实验,并对反应进行动力学研究。最后对两种处理方法进行对比,从而寻求一种既高校又廉价的处理方案。为实际工业应用提供参考。
在实验室内通过实验考查了氢氧化钠投加量、铁屑投加量、pH值、铁屑粒径以及反应时间等因素对处理效果的影响,通过实验发现:氢氧化钠投加量在20mg/L时,铜的去除效率最高,达到96.9%。反应生成的氧化铜加入硫酸后结晶可得硫酸铜晶体,从而将铜资源进行回收;振荡实验发现,当铁屑投加量为100mg/mL时铜的去除效果最佳,继续添加,铜去除率改变不明显。溶液的pH=2时,铜的去除效果最佳,当pH过低时,铁屑溶解加速,发生副反应降低了铜的去除效果。铜的去除率随着铁屑粒径的减小而增加,考虑到实际应该故选1-2mm为最佳;综上所述铁屑处理含铜废水的最佳条件为:铁屑投加量为100mg/mL,溶液初始pH值为2左右,铁屑粒径为1-2mm,振荡时间为1h铜的去除效率最佳,去除率达到90%以上;当搅拌20min,调节反应后溶液pH值为7时,溶液中铜离子浓度最低(0.13mg/L),达到污水综合排放一级标准(0.5mg/L)。通过实验发现对溶液进行曝气,铜离子浓度变化不显著。
实验室内通过铝置换含铜电路板废水的研究得知:当pH=4时,反应时间为1h,铝片投加量为120mg/mL时,为最佳实验条件,铝片对铜的置换效率最佳。初始浓度为108mg/mL的电路板含铜废水经过处理后铜浓度可降低至0.5mg/mL,达到污水综合排放一级标准,去除效果明显。通过实验研究发现铝片置换铜反应动力学属于一级反应,通过该三组平行实验研究及拟合结果得知,一级反应的相关系数达到0.98以上。对影响反应速率常数的因素进行研究:反应速率常数随着pH值增加而增加。pH值=4时,反应速率常数最大;反应速率常数是随着初始浓度的增大而减小;随着振荡强度的增加,其反应速率常数也随之变大。反应速率常数随着温度的升高而增大。
基于两种方法的实验研究对比两者去除效果发现:铝的去除效率高于铁,由于铝的还原性较强,反应进行较快,铜离子浓度下降显著。经过铁屑处理后废水不能直接达标排放必须进行后续处理。而铝置换法处理后废水中铜离子浓度低于污水排放一级标准可以直接排放。本文最后设计出一套回收除铜的工艺,分析了两种处理方法的经济效益以及环境效益,两种方法处理后对环境的影响较小;两种放法处理成本低廉、占地面积小以及操作简单的优点具有很高的经济效益。