新型重金属螯合剂处理酸性含铜废水的试
验研究
张有贤1，姜安2**
作者简介：张有贤（1964-），男，甘肃民勤人，教授，主要从事污染处理技术、环境影响评价与清洁生产
审核工作
通信联系人：姜安（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：污染处理技术、环境影响评价与清洁生产
审核工作. E-mail: jianga10@lzu.cn
5 （1. 兰州大学西部环境教育部重点实验室，兰州 730000；
2. 兰州大学资源环境学院，兰州 730000）
摘要：对新型重金属螯合剂EX2000 处理酸性含铜废水进行了研究，探讨了EX2000 的用量、
搅拌时间、沉降时间等因素对铜离子去除率的影响。试验结果表明，在EX2000 投加量为
15ml、室温下搅拌10min、沉降25min 的最佳条件下，铜离子去除率可达99.41%，处理后
10 废水中铜离子质量浓度为0.038mg/ L，远远低于国家排放标准(0.5mg/L)。
关键词：水处理；重金属螯合剂；EX2000；酸性含铜废水；去除率
中图分类号：X781.1
 30 0 引言
含铜废水主要来自化工、有色冶炼、电镀、印染等工业生产，其中离子态、络合态的铜，
都无法生物降解，大量含铜工业废水如果不经处理直接排入水体中不仅严重危害水生生物的
生存，也会通过食物链富集进而危害人类的健康，严重破坏生态系统。因此为了防止大量含
铜工业废水危害生态系统，就必须在其排放前降低废水中铜的浓度[1-3]。
35 目前，含铜废水的处理常采用离子交换法、电解法、化学沉淀法等。离子交换法处理效
果好，但价格昂贵；电解法和化学沉淀法处理效果较差，而且还存在二次污染的问题[4-6]。
近年来，重金属螯合剂法发展较快，国际国内已开始应用高分子重金属螯合剂处理重金属废
水的研究，并已有实际应用[7-10]。
新型重金属螯合剂EX2000 是将有机酸盐和有机含硫、含磷高分子化合物相结合，通过
 40 复杂的反应去除重金属离子，它是一种专利产品。在反应过程中，EX2000 中有机酸盐所含
有的-COOH、-OH、-NH2 等官能基团以及自身带有的负电荷均对重金属离子有吸附作用，
同时其表面黏附着的大量有机含硫、含磷高分子化合物也会与重金属离子发生反应。重金属
离子与表面结构材料上的羧基阴离子、磷酸阴离子、有机含硫高分子化合物和有机含磷高分
子化合物等发生相互作用而被固定，形成不溶性絮体，而絮体也会释放部分外部电荷吸引其
45 他絮体和重金属的络合物。EX2000 可以在酸度很高的情况下直接去除废水中的重金属离子。
本文采用重金属螯合剂EX2000 去除酸性工业废水中的铜离子，研究在改变各种影响因
素的条件下，EX2000 对废水中Cu2+的去除效果，为EX2000 的工业化应用提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 主要实验仪器与原料
50 PHS-3c 型酸度计；分析天平（精度，0.0001g)；J6-1A 六联搅拌器；原子吸收光谱仪
(AAS-3300，Perkin Elmer)等。
重金属螯合剂：EX2000(质量分数15%)；兰州捷晖生物环境工程有限公司专利产品。
1.2 实验方法
含铜废水取自甘肃某冶炼厂，其废水水质见表1。
55
表1 废水水质标准
Tab.1 Quality standard of wastewater
项目 Cu2+/ (mg/L) H+(mol/L)
含铜废水 6.41 0.64
各取200mL 含铜工业废水，分别置于250mL 烧杯中，加入一定量EX2000，以100 r /min
60 速度搅拌4min，静置20min，取上层清液测定 Cu2+质量浓度。按下式计算铜的去除率：
去除率=(C0- C)/C0×100%
式中：C0—含铜废水铜浓度，mg/L ；
C—处理后废水铜浓度，mg/L。
2 结果与讨论
65 2.1 最佳去除条件的确定
以工业酸性废水铜去除率为指标，考核实验过程中各影响因素对EX2000 除铜性能的影
响。根据工业化除铜工艺流程可以选择加药量、搅拌时间和沉降时间作为实验的控制条件。
70 图1 EX2000处理含铜废水工艺流程图
Fig.1 Treatment of the copper-containing wastewater with EX2000
2.1.1 加药量的影响
在室温为20℃，分别量取5、10、15、20、25、30mlEX2000 加入到200mL 含Cu2+废
 75 水中，并将其放在六联搅拌器上搅拌。搅拌4min 后，沉降20min，依次取出烧杯，取上清
液测定，测定结果如图2 所示。
图2 加药量对铜去除率的影响
Fig.2 Effects of dosage on copper removal
80
从图2 可知，EX2000 对Cu2+的去除率随EX2000 的加入量的增加而增加。当EX2000
投加量为15ml 时，去除率达到98.2%，以后去除率渐渐趋于平缓。由此确定EX2000 最佳
加入量为15ml。
2.1.2 搅拌时间的影响
85 在室温为20℃，量取15mlEX2000 加入到200mL 含Cu2+废水中，并将其放在六联搅拌
器上搅拌。分别搅拌1、2、4、6、8、10min 后，沉降20min，依次取出烧杯，取上清液测
定，测定结果如图3 所示。
图3 搅拌时间对铜去除率的影响
90 Fig.3 Effects of stirring time on copper removal
从图3 可知，EX2000 对Cu2+的去除率随搅拌时间的增加呈现先增加后减小的趋势。而
当搅拌时间为6min 时，去除率达到99.0%，以后去除率逐渐下降。这是由于搅拌时间过短，
无法将Cu2+完全络合；时间过长，络合形成的繁花被打碎，无法很好的沉降。由此确定最
 95 佳搅拌时间为6min。
2.1.3 沉降时间的影响
在室温为20℃，量取15mlEX2000 加入到200mL 含Cu2+废水中，并将其放在六联搅拌
器上搅拌。搅拌6min 后，分别沉降5、10、15、20、25、30min，依次取出烧杯，取上清液
测定，测定结果如图4 所示。
100
图4 沉降时间对铜去除率的影响
Fig.4 Effects of settling time on copper removal
从图4 可知，EX2000 对Cu2+的去除率随沉降时间的增加而增加。而当沉降时间为25min
105 时，去除率达到99.0%，以后去除率渐渐趋于平缓，由此确定最佳沉降时间为25min。
2.2 EX2000 处理酸性含铜废水工艺研究
采用正交实验法，对影响EX2000 处理工业酸性含铜废水工艺的因素进行研究，选用实
际工业废水作为处理对象，考查加药量A、搅拌时间B、沉降时间C3 个因素对去除率的影
响。采用L16（45）方案实验，正交试验水平如表2 所示，结果见3。
110
表3 正交试验水平表
Table3 Level orthogonal test table
因素 加药量/ml 搅拌时间/min 沉降时间/min
水平1 5 4 10
水平2 10 6 15
水平3 15 8 20
水平4 20 10 25
115
120
 表4 正交试验结果表
Table4 Results of orthogonal test table
序号 加药量/ml 搅拌时间/min 沉降时间/min 处理后C/(mg/L) 去除率/%
1
2
3
5
5
5
10
15
20
0.631
0.504
0.302
90.44
92.14
95.29
4 5 25 0.246 96.16
5 10 15 0.076 98.81
6 10 10 0.043 99.33
7 10 25 0.042 99.34
8 10 20 0.083 98.71
9 15 20 0.045 99.30
10 15 25 0.041 99.36
11 15 10 0.070 98.91
12 15 15 0.045 99.30
13 20 25 0.062 99.03
14 20 20 0.070 98.91
15 20 15 0.070 98.91
16 20 10 0.069 98.92
均值1 93.51 96.90
均值2 99.05 97.29
均值3 98.05
均值4 98.47
极差
99.22
98.94
5.71
4
6
8
10
4
6
8
10
4
6
8
10
4
6
8
10
96.90
97.44
98.11
98.27
1.37 1.57
125 正交试验结果表明：影响EX2000 处理工业酸性含铜废水的各因素显著性水平依次为：
加药量>沉降时间>搅拌时间。EX2000 加入到废水中，Cu2+与其表面结构材料上的羧基阴离
子、磷酸阴离子、有机含硫高分子化合物和有机含磷高分子化合物等发生相互作用而被固定。
通过反应沉降，废水中的Cu2+得到去除。最适宜处理工艺参数为A3B4C4，即加药量15ml，
搅拌时间10min，沉降时间25min。
130 2.3 验证实验
在最佳处理条件下，对于初始质量浓度同样为6.41mg/L 的工业废水，经过EX2000 处
理后，Cu2+的剩余质量浓度为0.038mg/L，去除率达到99.41%。但综合考虑实际工业化应用
的成本等因素，工艺A2B3C4 即加药量10ml、搅拌时间8min、沉降时间25minCu2+的去除率
为99.34%，处理效果与最优条件相当，可以作为工业化应用的参考。
135 同时实验测得处理后水中H+浓度为0.58mol/L，由此可见，加入EX2000 对废水酸度影
响不大，EX2000 能够在酸度很大的环境中直接去除Cu2+。
3 结论
利用EX2000 重金属螯合剂对酸性工业含铜废水进行处理，得出如下结论：
1）EX2000 适宜去除条件：加药量为15ml、搅拌时间6min、沉降时间25min。
140 2）加药量对EX2000 去除酸性工业含铜废水的影响较大，其次是沉降时间和搅拌时间。
3）EX2000 处理酸性工业含铜废水的最优工艺条件：加药量为15ml，搅拌时间为10min，
沉降时间为25min。但综合考虑实际工业化应用的成本等因素，加药量10ml、搅拌时间8min、
沉降时间25min 处理效果与最优条件相当，可以作为工业化应用的参考。
4）EX2000 对酸性工业含铜废水中铜的去除率可达到99.41%，可见EX2000 在酸性条
145 件下对Cu2+有很好的去除效果。