含汞廢水處置試驗(yàn)探究

尹礫珩

(1.云南大地豐源環(huán)保有限公司，云南 昆明 650401;2.云南大地綠坤環(huán)?？萍加邢薰?，云南 昆明 650401)

工業(yè)廢水是我國(guó)水體的主要污染源之一，而工業(yè)廢水的處理至今還未得到徹底的有效的解決，尤其是冶金行業(yè)、化工行業(yè)、火力發(fā)電廠等含汞的廢水。汞進(jìn)入水體中，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物的作用，可轉(zhuǎn)化為毒性更大的汞化合物。汞及其化合物可能對(duì)腎臟、身體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生危害，而甲基汞可以對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和心腦血管造成嚴(yán)重的威脅。甲基汞在食物鏈中的富集能力很強(qiáng)，進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)人類(lèi)的身體健康造成嚴(yán)重的傷害[1]，水俁病就是由化工廠排放出的氯化甲基汞污染水域所造成的[2]。因此，水環(huán)境中汞污染的危害越來(lái)越值得我們重視。

目前，含汞廢水的處理方法有很多包括：沉淀法、電解法、離子交換法、活性炭吸附法和組合工藝處理法等[3]。含汞廢水復(fù)雜多樣，在處置含汞廢水時(shí)要針對(duì)不同含汞廢水的水質(zhì)，選用不同的處理方法，或者使用一種方法或數(shù)種方法組合進(jìn)行，才能達(dá)到預(yù)期的效果。

針對(duì)含汞廢水的特點(diǎn)，本文采用pH調(diào)節(jié)劑、沉淀劑、吸附劑、絮凝劑、固化劑等藥劑將含汞廢水進(jìn)行除汞試驗(yàn)探究，將含汞廢水中汞進(jìn)行去除、污泥進(jìn)行固化處置，實(shí)現(xiàn)了含汞廢水的安全達(dá)標(biāo)處置。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

含汞廢水為某化工廠生產(chǎn)廢水，樣品指標(biāo)為：pH=2.01，Hg(離子)質(zhì)量濃度=65.26 mg/L。硫酸鋁、硫酸亞鐵、聚鐵為工業(yè)級(jí)，硫化鈉(工業(yè)級(jí))，活性炭(工業(yè)級(jí))，石灰粉工業(yè)級(jí)，水泥為市售425普通硅酸鹽水泥。

雷磁JB-1攪拌器，攪拌機(jī)為JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)。

1.2 試驗(yàn)流程及原理

先加入石灰，將含汞廢水pH調(diào)節(jié)至9～10，然后加入硫化鈉與廢水中的汞離子反應(yīng)，生成難溶的硫化汞沉淀[4]?？紤]到廢水中可能存在其他離子消耗硫離子，所以硫化鈉添加過(guò)量，溶液中有剩余的硫離子，因此再適當(dāng)投加硫酸亞鐵及聚鐵，生成硫化鐵及氫氧化亞鐵沉淀，同時(shí)聚鐵在堿性環(huán)境下生成氫氧化鐵膠體，使硫化汞及其他沉淀物和氫氧化鐵沉淀下來(lái)。再投加適量硫酸鋁用作凝聚劑，硫酸鋁在堿性環(huán)境下生成氫氧化鋁，再利用氫氧化鋁在混凝過(guò)程中的鋁礬花將生成的沉淀進(jìn)行絮凝，再利用活性炭進(jìn)行吸附。試驗(yàn)流程如圖1。

圖1 含汞廢水試驗(yàn)流程圖

主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)處理效果的影響

取6份 100 g 含汞廢水，利用石灰調(diào)節(jié)廢水pH為2、4、6、8、10、12，再分別加入 3 g 硫化鈉，攪拌 5 min 后再靜置 5 min，過(guò)濾檢測(cè)廢水中汞離子濃度，詳見(jiàn)表1。

由表1可知，廢水pH值對(duì)處理效果的具有一定影響。隨著廢水體系pH值的增加，廢水中汞去除率隨之增加;當(dāng)廢水pH值達(dá)到10后，廢水中汞去除率達(dá)到最高85%;當(dāng)廢水pH值超過(guò)10后，廢水中汞去除率反而減小。當(dāng)廢水pH為2、4時(shí)，加入硫化鈉會(huì)聞到臭雞蛋(硫化氫)味道，故廢水pH值選擇10。

表1 廢水pH值對(duì)處理效果的影響

2.2 硫化鈉加入量對(duì)處理效果的影響

取10份 100 g 含汞廢水，利用石灰調(diào)節(jié)廢水pH為10，再分別加入0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5 g 硫化鈉，攪拌 5 min 后靜置 5 min，過(guò)濾檢測(cè)廢水中汞離子濃度，詳見(jiàn)表2。

由表2可知，硫化鈉加入量對(duì)廢水中汞的去除由一定影響。隨著硫化鈉加入量的增加，廢水中汞去除率隨之增加;當(dāng)硫化鈉加入量達(dá)到 3 g 后，隨著硫化鈉的加入量增加，廢水中汞去除率基本不變。故硫化鈉加入量的為 3 g。

表2 硫化鈉加入量對(duì)處理效果的影響

2.3 石灰粉和液堿調(diào)節(jié)廢水pH值對(duì)比試驗(yàn)

取 100 g 含汞廢水6份，分別利用石灰粉、液堿將廢水pH調(diào)節(jié)為8、9、10，再分別加入 3 g 硫化鈉，攪拌 5 min 后靜置 5 min，過(guò)濾檢測(cè)廢水中汞離子濃度，詳見(jiàn)表3。

表3 石灰粉和液堿調(diào)節(jié)廢水pH值對(duì)處理效果的影響

由表3可見(jiàn)，利用不同的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)廢水pH對(duì)廢水處理效果有一定影響。在相同的pH值下，利用石灰粉調(diào)節(jié)廢水pH比利用液堿調(diào)節(jié)pH時(shí)廢水中汞去除率大9%。可見(jiàn)，石灰粉不僅可以調(diào)節(jié)廢水pH，還可以達(dá)到部分助凝作用，且石灰粉廉價(jià)易得。因此pH調(diào)節(jié)劑選擇石灰粉。

2.4 硫酸亞鐵、聚鐵、硫酸鋁的對(duì)比試驗(yàn)

取 100 g 含汞廢水13份，調(diào)節(jié)廢水pH為10，加入 3 g 硫化鈉，按表4分別加入絮凝劑，攪拌 5 min 再靜置 5 min，過(guò)濾檢測(cè)廢水中汞離子濃度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 硫酸亞鐵、聚鐵、硫酸鋁對(duì)處理效果的影響

由表4看出，單獨(dú)加入硫酸亞鐵、聚鐵、硫酸鋁對(duì)廢水中汞的去除率有一定影響，均隨添加量增加而增加;當(dāng)添加量到達(dá) 1 g 時(shí)，繼續(xù)加大用量基本對(duì)汞去除率無(wú)太大影響。當(dāng)兩兩混合后對(duì)廢水中汞的去除率有一定影響，比單獨(dú)加入時(shí)汞去除率增加。當(dāng)三種物質(zhì)混合質(zhì)量比比例為1∶1∶1時(shí)，對(duì)廢水中汞去除率最大。故選擇硫酸亞鐵：聚鐵：硫酸鋁質(zhì)量比為1∶1∶1。

2.5 活性炭對(duì)處理效果的影響

取 100 g 含汞廢水6份，調(diào)節(jié)廢水pH為10，加入 3 g 硫化鈉，加入硫酸亞鐵 1 g，聚鐵 1 g，硫酸鋁 1 g，按表5中加入活性炭，攪拌 5 min 再靜置 5 min，過(guò)濾后檢測(cè)廢水中汞離子濃度。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 活性炭對(duì)處理效果的影響

由表5看出，活性炭加入量對(duì)含汞廢水處理效果存在一定影響。隨著活性炭量的增加，廢水中汞去除率增加;達(dá)到 2 g 后，去除率最大為99.94%。

2.6 濾渣固化試驗(yàn)探究

將含汞廢水處置后的濾渣進(jìn)行固化處置。分別稱(chēng)取 100 g 濾渣5份于攪拌機(jī)中，分別加入水泥10、15、20、25、30 g，攪拌均勻，倒入模具常溫養(yǎng)護(hù) 7 d，檢測(cè)固化體中汞的浸出質(zhì)量濃度。結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 濾渣固化試驗(yàn)結(jié)果

由表6看出，經(jīng)過(guò)固化處理后的濾渣中汞浸出質(zhì)量濃度隨水泥添加量的增加而減少。當(dāng)水泥添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25%時(shí)，固化體中汞浸出質(zhì)量濃度低于《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18598-2019)ρ(Hg)=0.12 mg/L，可進(jìn)行填埋。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用石灰將含汞廢水pH調(diào)節(jié)為9～10，再添加沉淀劑硫化鈉和絮凝劑硫酸亞鐵、聚鐵、硫酸鋁和活性炭能很好的將含汞廢水中汞降低至GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中Hg(0.05 mg/L)的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以下，濾渣通過(guò)添加水泥固化養(yǎng)護(hù)后能達(dá)到《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18598-2019)ρ(Hg)=0.12 mg/L 以下進(jìn)行安全填埋。

1)在含汞廢水體系中單純添加石灰粉和硫化鈉，很難一步將含汞廢水中汞處置到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中Hg(0.05 mg/L)的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以下。

2)含汞廢水中除了Hg2+離子外，還可能存在有Zn2+、Mn2+等一系列金屬離子與硫化鈉進(jìn)行反應(yīng)，消耗了部分硫化鈉所以需要加入過(guò)量的硫化鈉，但是過(guò)量的硫化鈉會(huì)使廢水體系形成可溶性汞硫絡(luò)合物，所以需要加入硫酸亞鐵、聚鐵。因?yàn)镕eSO4、聚鐵在水中易形成Fe(OH)2和Fe(OH)3膠體。這些膠體不僅能吸附汞離子，而且能捕集和裹扶懸浮的汞離子與硫化鈉共同沉淀下來(lái)，起到了很良好的混凝沉淀作用。

3)同時(shí)加入硫酸鋁和活性炭，不僅可以利用硫酸鋁在堿性環(huán)境下生成氫氧化鋁，再利用氫氧化鋁在混凝過(guò)程中的鋁礬花將生成的沉淀進(jìn)行絮凝，而且再利用活性炭將未被沉淀絡(luò)合的汞進(jìn)行吸附，進(jìn)一步提高汞的去除效率。

4)濾渣經(jīng)過(guò)加入水泥固化養(yǎng)護(hù)后達(dá)到《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18598-2019)中汞的填埋要求，實(shí)現(xiàn)了含汞廢水和二次污染物濾渣的安全處置。