冶金企業(yè)排放含重金屬元素廢水的處理工藝研究

陳勝喜

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

經(jīng)濟的進(jìn)步推動了工業(yè)化生產(chǎn)，在采礦、機械制造、冶金等行業(yè)產(chǎn)生了大量被污染的廢水[1]，這些廢水的組成成分復(fù)雜，甚至含有重金屬劇毒，帶來不可逆轉(zhuǎn)的傷害。因此，需要研究解決工業(yè)廢水污染的工藝，避免工業(yè)廢水排放帶來的環(huán)境惡化。

常見的廢水處理方法主要是向廢水中加入某些沉淀劑，促進(jìn)廢水中的重金屬離子沉淀，達(dá)到廢水處理的目的，但這種方法容易在廢水中產(chǎn)生多種化學(xué)反應(yīng)，甚至?xí)纬尚碌亩疚颷2]，污染廢水，效果也比較差，因此，本文以酸性重金屬廢水為研究對象，提出了電滲析工藝，實現(xiàn)去除重金屬的同時回收酸[3]。這種方法可以減少污染，避免污水處理過程中產(chǎn)生有毒物質(zhì)，污染環(huán)境，因此，本文在電滲析工藝的基礎(chǔ)上，研究了冶金企業(yè)排放重金屬元素廢水的處理工藝，為保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)污水治理作貢獻(xiàn)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗水質(zhì)

選取某冶金企業(yè)流量為30m3/h的酸性重金屬廢水，分析該酸性廢水的水質(zhì)報告，模擬其水質(zhì)，進(jìn)行冶金企業(yè)重金屬廢水處理工藝試驗。

1.2 試驗藥劑與儀器

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，剔除酸性重金屬廢水的屬性，設(shè)計了試驗藥劑，部分主要試驗藥劑如下表1所示。

表1 試驗藥劑

根據(jù)表1的試驗藥劑選取試驗設(shè)備與儀器，包括恒溫保溫箱、天平、電滲析設(shè)備、光度計、水泵等。

JRBP3010-II型電滲析機的隔板厚度為0.85mm，隔板上有布水孔、布水槽起到流通渠道的作用。測試過程中使用均勻的離子交換膜，立柱區(qū)是由支撐杠桿、循環(huán)電極、彈性裝置組成，共同形成負(fù)極通道。

夾緊裝置將電極、膜堆和隔膜連接在一起，來防止內(nèi)外部泄漏。此外，在電滲析測試過程中必須調(diào)整整流器控制電壓或電流[4]。電極材料的選型。在電解過程中，電解產(chǎn)物和反應(yīng)速率都受電極材料的影響。本文設(shè)計工藝選取電極作為反應(yīng)電極，增加電解速率，保證電解穩(wěn)定。

1.3 試驗方法

在電滲析中，首先需要利用離子交換選擇法，選取符合電滲析要求的交換膜，分離多價陽離子，其次使用真空膜蒸餾法，濃縮回收原液，最后使用實驗分析測定法，檢測廢水中各個離子的濃度[5]。在電場力的作用下單價選擇的陽離子通過交換膜可以進(jìn)入到濃水室，其他離子被留在淡水室，該方法的電滲析原理圖如下圖1所示。

圖1 電滲析原理圖

由圖1可知，在電滲析試驗之前，必須確保電源處于關(guān)閉狀態(tài)，除此之外還需要檢查磁泵開關(guān)和每個管道閥門。在密閉的前提下，將去離子水放入圓柱形有機玻璃罐中，啟動機器，利用電滲析儀器，檢查儀器側(cè)面是否封閉完整，如果存在泄漏，立即關(guān)閉發(fā)動裝置，將電滲析儀器中的水排出避免儀器損壞。

在電滲析儀器中劃分各個滲析室，分為淡室、濃室等，確定滲析膜兩側(cè)離子的傳輸狀態(tài)，根據(jù)滲析液的濃度依次進(jìn)行滲析，設(shè)置滲析空間后，需要在各個空間內(nèi)加入不同濃度的去離子水，將去離子水兩側(cè)的磁力泵打開，設(shè)定參數(shù)，保持整個滲析裝置處于勻速滲析狀態(tài)，待滲析儲液槽滿后，開啟放液整流器。放液器的電壓必須始終保持穩(wěn)定，除此之外，相關(guān)的參數(shù)也必須與電滲析儀器一一對應(yīng)。除此之外，實驗的時間需要嚴(yán)格把控，確保取樣時間與計時時間吻合，在實驗中最符合電滲析要求的參數(shù)即電滲析效率最高時的參數(shù)，記錄此時的具體參數(shù)值，完成滲析。滲析完成后，需要進(jìn)行裝置處理，清洗各個裝置，統(tǒng)一歸類，關(guān)閉滲析閥門，計算此時廢液各個元素的組分。

進(jìn)行廢液蒸餾回收，需要使用真空膜，除此之外，在蒸餾前應(yīng)檢查各管的連接情況，檢查有無泄漏問題，確認(rèn)無問題后，開始試驗，在試驗過程中，首先需要將浴槽調(diào)整到指定的溫度，然后啟動蒸餾回收設(shè)備，開始進(jìn)行蒸餾循環(huán)，在循環(huán)過程中，為了保證蒸餾效率，需要調(diào)節(jié)蒸餾速度[6]，保證蒸餾速度，蒸餾后用產(chǎn)品收集器收集廢水進(jìn)行含量測量，每隔2小時檢測一次。再清洗水箱等裝置，待中空纖維膜干燥后再使用，然后根據(jù)采集的樣本進(jìn)行相關(guān)分析和計算。

電解試驗前，由于純水具有特殊的物理性質(zhì)，因此需要靜置后才能進(jìn)行后續(xù)試驗。靜置時間一般保持在30分鐘左右，觀察純水的狀態(tài)，達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)后即可開始試驗。實驗還需要在保證裝置穩(wěn)定的前提下進(jìn)行。試驗初期，將靜置好的原水放入電解裝置中，啟動電解裝置，觀察此時電解裝置電壓的變化狀態(tài)，將電接點呀調(diào)整到指定的范圍，一段時間后即可進(jìn)行樣品采集。每隔三十分鐘采集一次，保證樣品的平均狀態(tài)，在樣品檢測值符合標(biāo)準(zhǔn)后即可停止電解，恢復(fù)電解裝置的原本狀態(tài)，清洗用到的儀器，計算分析此時樣品的組成成分，確保實驗的準(zhǔn)確性。

2 試驗結(jié)果

電滲析設(shè)備在運行過程中，往往需要增加運行電流強度，以提高工作效率。但是，如果工作電流過大，會發(fā)生膜堆的極化，污染電阻，產(chǎn)生巨大能耗。為避免這種問題出現(xiàn)，通常在啟動電滲析機前測量極限電流密度，以確保電滲析機的正常運行。影響運行電流的因素有很多，但最重要的因素是膜本身的性質(zhì)差異。在試驗條件下使用電滲析法測定此時的重金屬離子脫除狀態(tài)，實驗結(jié)果如下圖2所示。

圖2 測定結(jié)果

由圖2可知，隨著時間的增加，膜的選擇透過性下降，廢水中的重金屬離子逐漸被脫除，證明該方法的重金屬離子處理效果較好。當(dāng)電流較小時，電壓主要呈上升狀態(tài)，但隨著電流的增加，電壓增加的速度降低，此時的離子交換膜存在單項選擇狀態(tài)，具有反離子作用力，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)此時的電場強度最低。

隨著離子通過膜的速率增加，電壓增加的速度也越來越快，因此需要更大的電阻來維持穩(wěn)定。隨著電流增加，電場強度也增加，此時的例子具有高通過特性。擴散透析機有40片陰離子交換膜，每片膜兩側(cè)各有兩個隔室，擴散室和透析室，交替排列。在試驗過程中使用了TWDDAIII 陰離子交換膜。試驗結(jié)果表明，酸性重金屬廢水酸度為5%時，循環(huán)酸度與殘液出水流量之比為1∶1?？紤]到此次測試中使用的交換膜數(shù)量，根據(jù)試驗中用到的膜類型，計算每一張離子交換膜的面積，經(jīng)過計算證明，試驗使用的交換膜的膜面積為傳統(tǒng)技術(shù)的0.153倍，因此試驗使用的膜的擴散速率大，約為常規(guī)膜的0.077倍，本實驗最佳條件下對重金屬具有較強的阻滯作用。因此，采用電滲析工藝處理冶金企業(yè)排放的重金屬廢水可以節(jié)約膜材料，減少浪費。除此之外，電滲析工藝需要供電，因此處理成本稍高。

3 結(jié)論

采用電滲析法處理冶金企業(yè)排放的重金屬廢水具有一定的應(yīng)用價值，可以節(jié)約膜材料，處理效果較好。目前，單價選擇性離子交換膜應(yīng)用不廣泛，市場上生產(chǎn)廠家相對較少，導(dǎo)致單價選擇性離子交換膜成本較高。因此，為提高電滲析分離重金屬的經(jīng)濟可行性和實用性，降低成本，未來可考慮自行研制單價選擇性離子交換膜。采用真空膜蒸餾濃縮回收液仍存在處理成本高等問題，未來研究可能會找到更好的處理方法。因此，在進(jìn)行冶金企業(yè)排放重金屬元素廢水處理時，需要積極創(chuàng)新找到更有效的處理方法。

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)濟發(fā)展如火如荼的今天，不僅要注意工業(yè)的發(fā)展，還需要注意環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，研究重金屬廢水處理工藝對保護(hù)環(huán)境實現(xiàn)共同發(fā)展有重要意義，因此本文采用了電滲析工藝進(jìn)行重金屬污水處理，結(jié)果表明，該方法可以有效處理冶金企業(yè)排放的重金屬元素，有一定的應(yīng)用價值。