路畅 尤拥宾 程红

摘 要：糖精在生产过程中产生的含铜废酸水是一种难降解的有机废水，直接使用生化法处理十分困难。目前，一般要先采用强碱中和并加入大倍数稀释水的方式对含铜废酸水进行预处理，然后再进行综合处理。该工艺直接导致生化系统负荷过大，出水总盐分含量升高。本文以高铜废酸水为研究对象，提出利用置换反应将铜从废水中提炼出来，探讨一条废水再利用的生态工程技术路线，并为该技术的实际运用提供实验依据。

关键词：含铜废酸水;置换反应;混凝沉淀

中图分类号：X783文献标识码：A文章编号：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

糖精钠属于高污染行业。利用苯酐法生产糖精钠排放的主要废水有甲脂废水和含铜废酸水。其中，含铜废酸水是一种铜离子含量高、CODCr高、酸度高且含有复杂有机成分的难降解有机废水，不能直接排入生化系统中，需要经过预处理后才能满足生化处理的条件，之后才能做进一步处理。目前，一般要先采用强碱中和并加入大倍数稀释水的方式对含铜废酸水进行预处理，然后再进行综合处理。但是，这种方法会对后续废水处理工艺带来严重的冲击负荷，而且其中大量的铜离子、H+等资源也无法进行回收与再利用。

由此，本文提出利用金属铁与含铜酸性废水作用制备金属铜和硫酸亚铁等副产物的方式对含铜废酸水进行处理，不仅可使酸性废水中的Cu2+含量下降到1 500～2 300 mg/L、硫酸含量下降到5%以下，而且还可回收大量金属铜，再加入混凝剂（PAM）沉淀净化出水，为下一步生化处理废水创造了必要条件，大大降低了处理成本。

1 糖精生产工艺及废水指标

糖精是一种常用的食品添加剂，广泛应用于日常生活、食品加工和工业生产过程中[1]。糖精钠生产工艺如图1所示。

从图1可以看出，糖精钠生产流程长，排放废水的工段多，而这导致综合废水难处理。其中以氯化亚铜为催化剂的置换工段排放的硫酸铜废酸水对综合废水处理效果影响最大[2-3]。这股废水的主要污染物及指标如表1所示。

2 实验

2.1 主要试剂与仪器

主要试剂：糖精废水（含铜酸性废水），废铁（设备安装边角料），聚丙烯酰胺（PAM），工业液碱（NaOH）等。

主要仪器：1 000 mL四口烧瓶及烧杯若干，以及冷凝管、水浴恒温装置等。

2.2 实验原理及步骤

先将定量的废铁加入酸性废水中进行置换反应，过滤出铜粉。将滤液与金属铁按一定比例加入反应瓶内进行反应，过滤出未反应的铁及少量铜粉。实验用到的金属铁来自设备安装的边角料和废品回收站，化学反应式为：

具体来说，在容积为1 L的四口烧瓶中加入750 mL含铜废酸水和16 g铁，加密封塞，放在水浴恒温装置中，充分反应3 h，为了防止水分蒸发，反应器上部有冷凝管回流。过滤出未反应的铁及金属铜，滤液晾至常温，加入工业液碱调节pH值至7.0，再加入混凝剂（PAM），沉降数分鐘后的上清液入生化调节池，滤渣可作制备硫酸亚铁和聚合硫酸铁用[4]。本文提出的从糖精含铜废酸水提炼金属铜、硫酸亚铁和聚合硫酸铁的生态工程化处理的技术路线如图2所示。

2.3 实验数据

本实验首先利用化学置换反应把金属铁与盐溶液中较不活泼的金属铜的阳离子发生置换，从而得到溶液中重金属铜，再加入混凝剂（PAM）可将含铁盐类和其他盐类、悬浮物等去除。反应前后的水质指标（以CODCr为参数）见表2。

3 结果与讨论

①经过多次实验，发现置换反应在60～70 ℃最佳，金属铁的体积大小也会影响反应速度，如果太小会使未反应的铁与铜难以筛分，太大会降低反应速度。置换出的金属铜为粉末状，颗粒细小，使用筛分法分离，铜粉含量可达95%以上。

②用成本低廉的金属铁置换出糖精高铜高酸废水中的金属铜，不仅回收了资源，降低了废水处理成本，而且具有较好的经济效益及环境效益，促进了糖精钠生产企业的清洁生产。

③高铜废水经处理后生成含铁化合物，在一定工艺条件下可制备硫酸严铁和聚合硫酸铁循环利用，也可加入混凝剂沉降，再经脱水处理后可直接填埋，基本不产生二次污染[5]。

④在置换铜的过程中，對废水中CODCr、酸度、铜离子和色度都有一定的去除效果。在铜的回收率达到80%时，废水中的CODCr去除率也可达到50%，这种处理方法对降低废水的重金属毒性，提高其可生化性较为有利，为后续的生化处理创造了良好条件，同时也获得了很好的经济效益。

该技术实现工业化的主要制约因素有：①需要寻找大量体积适中的金属铁，体积大小均会影响反应速度和去除效率，仅回收废铁量是有限的，如果用成品铁，又大大提高了成本;②置换反应会产生大量氢气，反应剧烈，若温度控制不好，会产生溢料现象，若尾气处理不好还会加大企业的安全压力。

4 展望

目前对于糖精废水的处理主要是采用生化法，即厌氧和好氧的组合。为了能使其达到更好的处理效果，必须重视生化系统前的预处理，尽可能使废水满足微生物的生长环境。另外，还应注意以下几点：①重视清洁生产，生产过程中应尽量采用无害化工艺，选择的原料、辅料及溶剂尽量不含难以生物降解的物质;②做好生化系统前的预处理，即对影响生化系统的有毒有害物质进行回收、去除或转化，消减系统CODCr负荷;③提高生化处理能力，可以加大调节池的容积，确保进水水质稳定;④对于废水的盐分及有毒成分，除了用大倍数稀释水稀释外，还可以对微生物进行驯化使其能适应高浓度盐分或接种一些嗜盐菌。

参考文献：

[1]胡志江.糖精行业调查[J].甘蔗糖业，2005（1）：39-45.

[2]施剑波.糖精钠的清洁生产[J].精细与专用化学品，2003（11）：20-21.

[3]李刚.高铜高酸废水的处理研究[D].苏州：苏州大学，2006.

[4]崔玉民，张颖，苏凌浩.从糖精废水中提取金属铜及废水综合利用[J].过程工程学报，2006（3）：418-422.

[5]李德亮.糖精生产废水的混凝一生化处理方法研究[J].河南大学报（自然科学版），2003（1）：48-51.