一種新型濕法脫硫廢水重金屬的處理技術(shù)

張魁++張磊

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.065

摘 要：該文概述了重金屬廢水的來源與危害，并介紹了濕法脫硫廢水的性質(zhì)，分析了國內(nèi)外普遍應(yīng)用的化學(xué)沉淀去除脫硫廢水中重金屬的優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹了一種新型的鐵氧微晶體處理脫硫廢水中重金屬的技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)與成本優(yōu)勢，對電廠脫硫廢水的重金屬處理有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水 化學(xué)沉淀 鐵氧微晶體 重金屬

中圖分類號：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0065-02

1 重金屬廢水的來源及危害

重金屬廢水來源廣泛，隨著工業(yè)發(fā)展和人類自身活動的增加，大量含有重金屬污染物的工業(yè)廢水和城市生活污水被排入江河湖泊。重金屬廢水污染具有毒效長期持續(xù)，生物不可降解的特點(diǎn)，且可通過食物鏈作用進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)累積，從而導(dǎo)致各種疾病和機(jī)能紊亂，最終對人體健康造成嚴(yán)重危害。其中主要金屬污染源有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等。因此，有效地去除廢水中的重金屬已成為當(dāng)前的迫切任務(wù)。

2 濕法脫硫廢水的性質(zhì)

濕法脫硫廢水中主要包括懸浮物、硫酸鹽、過飽和的亞硫酸鹽、重金屬離子。其中重金屬離子包擴(kuò)鉛、鎘、鉻、鎳、汞等列為第一類污染物的物質(zhì)。這些物質(zhì)必須在車間或者車間處理設(shè)施排放口達(dá)標(biāo)排放。這就要求在脫硫廢水作為其他水源時(shí)，必須單獨(dú)處理。濕法脫硫廢水一般呈酸性，pH值約為4.1～6.5，含固率較高，具有強(qiáng)烈的粘附性和沉淀性，重金屬離子含量不大，但離子種類多且濃度范圍大，在弱酸性的脫硫廢水中，重金屬具有較好的溶解性。

3 幾種化學(xué)沉淀法去除重金屬離子的方法

化學(xué)沉淀法指向重金屬廢水中加入藥劑通過化學(xué)反應(yīng)使呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒幕衔锍恋矶コ０ㄖ泻统恋矸?、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體共沉淀法等。化學(xué)沉淀法發(fā)展時(shí)間較長，工藝較成熟。該工藝對重金屬去除范圍廣、效率高、經(jīng)濟(jì)簡便。但需要投加大量化學(xué)藥劑，產(chǎn)生的沉渣量大、含水高、脫水困難，若處置不當(dāng)，極易造成二次污染。

其中中和沉淀法是應(yīng)用最廣的一種方法，向重金屬廢水中投加堿中和劑（通常為Ca（OH）2）使廢水中的重金屬形成溶解度較小的氫氧化物沉淀而去除。

鐵氧體共沉淀法是日本電氣公司（NEC）研究出來的一種處理術(shù)。向重金屬廢水中投加鐵鹽，通過工藝控制，達(dá)到有利于形成鐵氧體的條件，使污水中多種重金屬離子與鐵鹽生成穩(wěn)定的鐵氧體晶粒共沉淀，再通過重力分離等手段，達(dá)到去除重金屬離子的目的。鐵氧體法處理重金屬廢水效果好，特別適用于處理工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含多種重金屬離子的廢水。該工藝投資省、設(shè)備簡單、沉渣量少，且化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。在自然條件下，一般不易造成二次污染。此外，鐵氧體具有磁性，可以作為磁性材料回收利用。但該方法不能單獨(dú)回收有用的金屬，且其在形成鐵氧體過程中一般需要加熱，能耗較高。另外，該方法還具有處理后廢水鹽度高，不能處理含Hg和絡(luò)合物的廢水等缺點(diǎn)。

4 鐵氧微晶體處理技術(shù)

目前，隨著廢水技術(shù)排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，單純化學(xué)沉淀法很難滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。隨著相關(guān)研究的深入和新材料的開發(fā)，近年來出現(xiàn)很多新型的重金屬廢水處理技術(shù)。 研究發(fā)現(xiàn)，采用零價(jià)鐵技術(shù)處理廢水時(shí)，取得了良好的效果，但是經(jīng)過多次現(xiàn)場中試研究發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，會在零價(jià)鐵表明形成鈍化層，從而阻止反應(yīng)進(jìn)行。鐵氧微晶體技術(shù)是美國魯?shù)婪騽渍芦@得者黃永恒博士基于活性鐵技術(shù)開發(fā)應(yīng)用過程中對零價(jià)鐵、鐵氧化物，與各類污染物的互動過程中的化學(xué)過程和機(jī)理的最新認(rèn)識基礎(chǔ)上開發(fā)的一個全新的水處理工藝，是對活性鐵技術(shù)的推陳出新，核心過程是直接通過加入各類鐵鹽和其他藥劑，控制反應(yīng)條件，直接在水相中生成具有特種離子或晶格交換能力特性的鐵氧微晶體，通過離子交換和表面吸附，快速去除廢水中的重金屬離子。脫硫廢水首先經(jīng)過簡單沉淀后，上清液進(jìn)入四級活性鐵處理系統(tǒng)，每級處理器中設(shè)有攪拌系統(tǒng)，控制轉(zhuǎn)速為1 500 rpm使反應(yīng)器內(nèi)的活性鐵處于流化狀態(tài)，同時(shí)調(diào)節(jié)廢水pH至7.1～7.3（碳酸氫鈉溶液），向系統(tǒng)中加入Fe2+（0.01 M HCl酸化的氯化亞鐵溶液）確保活性鐵持續(xù)具有活性。經(jīng)過hZVI系統(tǒng)處理后的廢水進(jìn)入后處理過程，使Fe2+氧化為Fe3+，同時(shí)加堿調(diào)節(jié)pH，使Fe3+形成氫氧化鐵沉淀，然后廢水進(jìn)入澄清池進(jìn)行固液分離。最后，澄清池上清液進(jìn)入砂濾池進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物，最終出水達(dá)標(biāo)排放。

5 鐵氧微晶體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

鐵氧微晶體技術(shù)可用于去除廢水中的各類重金屬污染物，該技術(shù)除了保持了活性鐵技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)鐵氧化物的合成過程的控制，使該系統(tǒng)具有更好的晶格替換和離子交換作用，具有更高的重金屬去除效率。實(shí)驗(yàn)室研究表明，鐵氧微晶體技術(shù)處理脫硫廢水時(shí)，對絕大多數(shù)重金屬離子的去除效率可達(dá)99%以上，出水中重金屬濃度遠(yuǎn)低于我國相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)該工藝產(chǎn)生污泥量少（約只有化學(xué)沉淀法的1/3）、比重大、容易脫水，而且經(jīng)過浸出毒性檢測測試表明，該工藝產(chǎn)生的污泥為一般固體廢物，從而可大大降低污泥后續(xù)處理成本。此外，該工藝流程簡單，所用的主要原料為常規(guī)鐵鹽和鐵粉，價(jià)格低廉，因此運(yùn)行費(fèi)用明顯低于傳統(tǒng)工藝。鐵氧微晶體技術(shù)處理重金屬廢水具有廣譜性、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，該技術(shù)除了可以用于處理脫硫廢水以外，還可以用于電鍍、冶金等工業(yè)廢水中的重金屬處理，也可用于地表水和地下水的重金屬污染治理，應(yīng)用市場極為廣泛。

6 鐵氧微晶體的運(yùn)行成本優(yōu)勢

如果按每日200 t處理量設(shè)計(jì)，每天所需主要藥劑包括：鐵粉20～40 kg、鐵鹽（或鐵鹽溶液）20～40 kg（以100%硫酸亞鐵計(jì)）、燒堿（或替代堿液）10～20 kg、絮凝劑2 kg，根據(jù)具體的水質(zhì)和處理要求，有可能還需要用到次氯酸鈉（或相當(dāng)?shù)膹?qiáng)氧化劑）5～20 kg，電耗：估計(jì)為1 kwh/m3廢水。按照國內(nèi)目前價(jià)格計(jì)算，噸水處理運(yùn)行成本低于2元（不含人工成本）。而國內(nèi)常用的三聯(lián)箱沉淀法，處理1t脫硫水藥劑成本約6～8元（不含人工成本）。如果采用鐵氧微晶體技術(shù)運(yùn)行成本按照2元/t計(jì)算，三聯(lián)箱工藝按照7元/t計(jì)算，日處理200 t廢水時(shí)每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約36萬元。此外，由于鐵氧微晶體技術(shù)產(chǎn)生的污泥量少，且為一般固體廢物，因此在污泥處置方面還可以節(jié)約大量成本。所以與現(xiàn)行三聯(lián)箱工藝相比，鐵氧微晶體技術(shù)具有明顯成本優(yōu)勢。

7 結(jié)語

目前重金屬廢水主要采用化學(xué)沉淀法、吸附法處理，存在主要問題是化學(xué)藥劑投加量大，沉淀污泥產(chǎn)生量大且處置困難。鐵氧微晶體處理技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)室研究，均表現(xiàn)出非常好的處理效果，尚未見明顯技術(shù)缺陷。因此，在國內(nèi)環(huán)保形勢嚴(yán)峻，水處理市場需求巨大的背景下，此技術(shù)如果商業(yè)應(yīng)用成功，一定會將迎來廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1] 王敏琪.火電廠濕式煙氣脫硫廢水特性及處理系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2013.

[2] 吳怡衛(wèi).石灰石-石膏濕法煙氣脫硫廢水處理的研究[J].中國電力，2006，39（4）：75-78.

[3] 劉海洋，夏懷祥，江澄宇，等.燃煤電廠濕法脫硫廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程，2016（1）：31-35.