CN104370433A - 含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用。以四甲基乙二胺为原料、KOH为引发剂、CS₂为添加剂、超纯水为溶剂，通过S^-、K⁺置换反应制备电镀污泥脱水过程中重金属离子稳定剂。所制备的稳定剂可解决当前含铜、锌、镍电镀污泥含水率高、脱水过程中大量重金属离子溶出带来二次污染问题，且制备工艺简单、反应釜内无高温高压要求、无“三废排放”等优点。当脱水稳定剂投加量大于8kg/m³，Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺稳定率分别高于90.80％、70.69％、91.91％。

Description

含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用。

背景技术

针对含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水过程中的Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺离子溶出难题，提出含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用方法。铜、锌、镍复合电镀污泥脱水是电镀废水经物化法处理后的剩余污染物，其富集了电镀废水中的铜、锌、镍等元素，其堆存、流失或直接排放严重污染土壤和地下水，引发环境安全问题，危害人类健康与生命安全。电镀污泥的处理处置的第一步是脱水以减小体积。目前物化法处理后产生的电镀污泥含水率在90％以上，通常采用真空过滤、板框压滤或离心脱水等方式使污泥的含水率由90％以上分别减小到60％-80％、45％-80％、80％-85％，但这些脱水方式均存在大量重金属离子因机械受力而流入滤液，造成污泥虽然已脱水，而滤液中Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺再次进入废水中，使得污水处理总体效率降低。

目前尚未见有关提高铜、锌、镍复合电镀污泥脱水效率、减少滤液重金属含量相结合的污泥脱水稳定剂的研究报道。但中国发明专利CN1631940A报道了以多胺或聚乙烯亚胺构成基本骨架，与二硫化碳在碱性条件下反应合成一系列可用于液体、固体废物中重金属螯合剂，其应用范围仅为处理废水和最终的污泥，并非在脱水过程中添加的稳定重金属离子的药剂；中国发明专利CN102092831A报道了将含有-C＝S-、-C-NH-等官能团的物质接枝在聚丙烯酰胺上，所制备的螯合剂化学性质稳定易于固化处理和回收重金属，虽所含官能团与本发明有类似之处，但原料种类、成本、合成、应用条件均不相同。本发明立足于此，制备一种电镀污泥稳定剂预处理未脱水的电镀污泥，达到克服当前电镀污泥含水率高、脱水过程中大量重金属流失于滤液中带来二次难处理问题。

本发明依据铜、锌、镍复合电镀污泥的物理形态及化学成分特点，添加基于S^-、K⁺的置换配位多胺类化合物生成的硫代氨基类化合物，使其与锌铜合金电镀污泥的Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺化学沉淀作用和配位络合作用，达到铜、锌、镍稳定于脱水污泥之中。

发明内容

本发明的主要目的在于克服当前铜、锌、镍复合电镀污泥含水率高、脱水过程中大量Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺溶出流失于废水中带来二次难处理问题，，提出了一种新型铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用方法。

本发明的脱水稳定剂合成原理是：

基于四甲基乙二胺的分子结构，以氢氧化钾为引发剂，二硫化碳为添加剂，通过S^-、K⁺置换反应合成脱水稳定剂，反应方程式如下：

本发明的脱水稳定剂对铜、锌、镍复合电镀污泥的应用原理主要有2个方面：一是沉淀作用；二是配位络合作用。其机理反应过程如下：

①化学沉淀：铜、锌、镍复合电镀污泥中的Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺通过取代K⁺形成沉淀物质，反应方程式如下：

②配位络合：根据配位场理论，在一定反应时间后，所形成的沉淀物质最终会以稳定的网状结构形式存在，反应方程式如下：

本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂制备步骤如下：

①向装有回流冷凝管和温度计的反应釜中加入一定量四甲基乙二胺和超纯水，升温至20℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；

②向上述反应釜中加入一定量的氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢滴加一定量的二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的脱水稳定剂。

其中步骤①中超纯水的加入量为步骤②中氢氧化钾质量的4倍，即m(超纯水)：m(氢氧化钾)＝4：1；

步骤①中的四甲基乙二胺和步骤②中的二硫化碳的摩尔比为1：2-4，即n(四甲基乙二胺)：n(二硫化碳)＝1：2-4；

本发明制备的脱水稳定剂为水溶性液态产品，能与水以任意比例混合。本发明建议的投药方式为：采用计量泵或依靠重力自流方式投加到未脱水的电镀污泥中。

本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂应用方法是：采用计量泵(或重力自流)方式将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌反应25-30min后，采用离心机对污泥进行脱水，离心机转速为2000-2500r/min。

本发明制备的脱水稳定剂稳定电镀污泥中Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺的机理是本发明的脱水稳定剂结构中存在C＝S、C-N等振动峰，说明发生了置换配位，与反应方程相符。当其投加到未脱水的电镀污泥中，会与其中的Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺形成稳定网状结构，且具有絮凝沉降作用，投加入电镀污泥中反应一定时间后离心，与Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺形成的化合物将沉积于污泥中。

本发明制备的脱水稳定剂的应用效果以铜、锌离子的脱水稳定率(％)来衡量。锌、铜离子的脱水稳定率(％)以相同体积的同种电镀污泥，分别(投加/未投加)本发明的脱水稳定剂药剂，在同样离心条件下，测得滤液中的Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺离子浓度之差的相对变化率来判定。其计算公式如下：

Cu²⁺、Ni²⁺或Zn²⁺的稳定率(％)＝(C₀-C)/C₀×100％     (6)

其中，C₀为未投加本发明的脱水稳定剂药剂的、相同体积的污泥，经离心脱水后滤液中的Cu²⁺、Ni²⁺或Zn²⁺离子浓度，mg/L；

C为投加本发明的脱水稳定剂药剂的污泥，经离心脱水后滤液中的Zn²⁺或Cu²⁺离子浓度，mg/L；

本发明的主要特点是：

制备工艺简单、反应釜内无高温高压反应条件、无“三废”排放，有效避免了化工合成生产过程的安全与环保风险问题。

具体实施方式

本发明提供一种铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备方法，向反应釜中加入59.00kg-118.00kg四甲基乙二胺和112.00kg-224.00kg超纯水，升温至28℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；加入28.00kg-56.00kg氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢投加68.40kg-140.00kg二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂产品。

采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌反应25-30min，进行离心脱水。以Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为主要研究对象，当投加量8-10kg/m³，经离心脱水(转速2000-2500r/min)后，稳定率分别为90.80-95.77％、91.91-96.88％、70.69-77.92％。

下面将通过3个实施例对本发明的效果给予进一步的说明：

实施例1

向反应釜中加入115.00kg四甲基乙二胺和223.00kg超纯水，升温至28℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；加入55.00kg氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢投加140.00kg二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂产品。

采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌反应25min，进行离心脱水。以Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为主要研究对象，当投加量为8kg/m³，经转速2000r/min离心脱水后，Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺稳定率分别为90.80％、91.91％、70.69％。

实施例2

向反应釜中加入63.00kg四甲基乙二胺和115.00kg超纯水，升温至28℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；加入29.00kg氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢投加70.40kg二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂产品。

采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中混合搅拌反应30min，进行离心脱水。以Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为主要研究对象，当投加量为10kg/m³，经转速2300r/min离心脱水后，Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺稳定率分别为95.77％、96.88％、77.92％。

实施例3

向反应釜中加入80.50kg四甲基乙二胺和150.00kg超纯水，升温至28℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；加入38.33kg氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢投加90.50kg二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂产品。

采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中混合搅拌反应30min，进行离心脱水。以Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为主要研究对象，当投加量为9kg/m³，经转速2500r/min离心脱水后，Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺稳定率分别为94.81％、94.92％、71.77％。

Claims (3)

1.含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用。其特征是采用如下步骤进行：

(1)向装有回流冷凝管和温度计的反应釜中加入一定量四甲基乙二胺和超纯水，升温至20℃，启动搅拌器进行搅拌，搅拌转速为300r/min；

(2)向上述反应釜中加入一定量的氢氧化钾，待溶液呈无色透明后，缓慢滴加一定量的二硫化碳，0.5h内加完，升温至44℃，回流反应6h，所得黄色、带有粘稠性的液体即为本发明的脱水稳定剂；

(3)采用计量泵将配制的稳定剂溶液投加到未脱水电镀污泥中，混合搅拌反应25-30min后，进行离心脱水。当投加量大于8kg/m³时，Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺稳定率分别高于90.80％、70.69％、91.91％。

2.根据权利要求1所述的含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用，其特征在于其中步骤(1)中超纯水的加入量为步骤(2)中氢氧化钾质量的4倍，即m(超纯水)：m(氢氧化钾)＝4：1。

3.根据权利要求1所述的含铜、锌、镍复合电镀污泥脱水稳定剂的制备及应用，其特征在于其中步骤(1)中的四甲基乙二胺和步骤(2)中的二硫化碳的摩尔比为1：2-4，即n(四甲基乙二胺)：n(二硫化碳)＝1：(2-4)。