糖精生產中含銅廢酸水處理技術研究

路暢 尤擁賓 程紅

摘 要：糖精在生產過程中產生的含銅廢酸水是一種難降解的有機廢水，直接使用生化法處理十分困難。目前，一般要先采用強堿中和并加入大倍數稀釋水的方式對含銅廢酸水進行預處理，然后再進行綜合處理。該工藝直接導致生化系統負荷過大，出水總鹽分含量升高。本文以高銅廢酸水為研究對象，提出利用置換反應將銅從廢水中提煉出來，探討一條廢水再利用的生態工程技術路線，并為該技術的實際運用提供實驗依據。

關鍵詞：含銅廢酸水;置換反應;混凝沉淀

中圖分類號：X783文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）16-0146-03

Abstract： Copper-containing waste acid water produced by saccharin in the production process is a kind of refractory organic wastewater， which is very difficult to be directly treated by biochemical method. At present， the method of neutralization with strong alkali and adding a large number of dilution water is generally used to pretreat the waste acid water containing copper before comprehensive treatment. This process directly leads to the overload of biochemical system and the increase of total salt content of effluent. Taking high copper waste acid water as the research object， this paper proposed to extract copper from wastewater by means of displacement reaction， discussed an ecological engineering technology route of wastewater reuse， and provided experimental basis for the practical application of this technology.

Keywords： copper-containing waste acid water;displacement reaction;coagulation precipitation

糖精鈉屬于高污染行業。利用苯酐法生產糖精鈉排放的主要廢水有甲脂廢水和含銅廢酸水。其中，含銅廢酸水是一種銅離子含量高、CODCr高、酸度高且含有復雜有機成分的難降解有機廢水，不能直接排入生化系統中，需要經過預處理后才能滿足生化處理的條件，之后才能做進一步處理。目前，一般要先采用強堿中和并加入大倍數稀釋水的方式對含銅廢酸水進行預處理，然后再進行綜合處理。但是，這種方法會對后續廢水處理工藝帶來嚴重的沖擊負荷，而且其中大量的銅離子、H+等資源也無法進行回收與再利用。

由此，本文提出利用金屬鐵與含銅酸性廢水作用制備金屬銅和硫酸亞鐵等副產物的方式對含銅廢酸水進行處理，不僅可使酸性廢水中的Cu2+含量下降到1 500～2 300 mg/L、硫酸含量下降到5%以下，而且還可回收大量金屬銅，再加入混凝劑（PAM）沉淀凈化出水，為下一步生化處理廢水創造了必要條件，大大降低了處理成本。

1 糖精生產工藝及廢水指標

糖精是一種常用的食品添加劑，廣泛應用于日常生活、食品加工和工業生產過程中[1]。糖精鈉生產工藝如圖1所示。

從圖1可以看出，糖精鈉生產流程長，排放廢水的工段多，而這導致綜合廢水難處理。其中以氯化亞銅為催化劑的置換工段排放的硫酸銅廢酸水對綜合廢水處理效果影響最大[2-3]。這股廢水的主要污染物及指標如表1所示。

2 實驗

2.1 主要試劑與儀器

主要試劑：糖精廢水（含銅酸性廢水），廢鐵（設備安裝邊角料），聚丙烯酰胺（PAM），工業液堿（NaOH）等。

主要儀器：1 000 mL四口燒瓶及燒杯若干，以及冷凝管、水浴恒溫裝置等。

2.2 實驗原理及步驟

先將定量的廢鐵加入酸性廢水中進行置換反應，過濾出銅粉。將濾液與金屬鐵按一定比例加入反應瓶內進行反應，過濾出未反應的鐵及少量銅粉。實驗用到的金屬鐵來自設備安裝的邊角料和廢品回收站，化學反應式為：

具體來說，在容積為1 L的四口燒瓶中加入750 mL含銅廢酸水和16 g鐵，加密封塞，放在水浴恒溫裝置中，充分反應3 h，為了防止水分蒸發，反應器上部有冷凝管回流。過濾出未反應的鐵及金屬銅，濾液晾至常溫，加入工業液堿調節pH值至7.0，再加入混凝劑（PAM），沉降數分鐘后的上清液入生化調節池，濾渣可作制備硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵用[4]。本文提出的從糖精含銅廢酸水提煉金屬銅、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵的生態工程化處理的技術路線如圖2所示。

2.3 實驗數據

本實驗首先利用化學置換反應把金屬鐵與鹽溶液中較不活潑的金屬銅的陽離子發生置換，從而得到溶液中重金屬銅，再加入混凝劑（PAM）可將含鐵鹽類和其他鹽類、懸浮物等去除。反應前后的水質指標（以CODCr為參數）見表2。

3 結果與討論

①經過多次實驗，發現置換反應在60～70 ℃最佳，金屬鐵的體積大小也會影響反應速度，如果太小會使未反應的鐵與銅難以篩分，太大會降低反應速度。置換出的金屬銅為粉末狀，顆粒細小，使用篩分法分離，銅粉含量可達95%以上。

②用成本低廉的金屬鐵置換出糖精高銅高酸廢水中的金屬銅，不僅回收了資源，降低了廢水處理成本，而且具有較好的經濟效益及環境效益，促進了糖精鈉生產企業的清潔生產。

③高銅廢水經處理后生成含鐵化合物，在一定工藝條件下可制備硫酸嚴鐵和聚合硫酸鐵循環利用，也可加入混凝劑沉降，再經脫水處理后可直接填埋，基本不產生二次污染[5]。

④在置換銅的過程中，對廢水中CODCr、酸度、銅離子和色度都有一定的去除效果。在銅的回收率達到80%時，廢水中的CODCr去除率也可達到50%，這種處理方法對降低廢水的重金屬毒性，提高其可生化性較為有利，為后續的生化處理創造了良好條件，同時也獲得了很好的經濟效益。

該技術實現工業化的主要制約因素有：①需要尋找大量體積適中的金屬鐵，體積大小均會影響反應速度和去除效率，僅回收廢鐵量是有限的，如果用成品鐵，又大大提高了成本;②置換反應會產生大量氫氣，反應劇烈，若溫度控制不好，會產生溢料現象，若尾氣處理不好還會加大企業的安全壓力。

4 展望

目前對于糖精廢水的處理主要是采用生化法，即厭氧和好氧的組合。為了能使其達到更好的處理效果，必須重視生化系統前的預處理，盡可能使廢水滿足微生物的生長環境。另外，還應注意以下幾點：①重視清潔生產，生產過程中應盡量采用無害化工藝，選擇的原料、輔料及溶劑盡量不含難以生物降解的物質;②做好生化系統前的預處理，即對影響生化系統的有毒有害物質進行回收、去除或轉化，消減系統CODCr負荷;③提高生化處理能力，可以加大調節池的容積，確保進水水質穩定;④對于廢水的鹽分及有毒成分，除了用大倍數稀釋水稀釋外，還可以對微生物進行馴化使其能適應高濃度鹽分或接種一些嗜鹽菌。

參考文獻：

[1]胡志江.糖精行業調查[J].甘蔗糖業，2005（1）：39-45.

[2]施劍波.糖精鈉的清潔生產[J].精細與專用化學品，2003（11）：20-21.

[3]李剛.高銅高酸廢水的處理研究[D].蘇州：蘇州大學，2006.

[4]崔玉民，張穎，蘇凌浩.從糖精廢水中提取金屬銅及廢水綜合利用[J].過程工程學報，2006（3）：418-422.

[5]李德亮.糖精生產廢水的混凝一生化處理方法研究[J].河南大學報（自然科學版），2003（1）：48-51.