一種新型濕法脫硫廢水重金屬的處理技術

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，分析了國內外普遍應用的化學沉淀去除脫硫廢水中重金屬的優缺點，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及其優點與成本優勢，對電廠脫硫廢水的重金屬處理有借鑒意義。

關鍵詞：脫硫廢水 化學沉淀 鐵氧微晶體 重金屬

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：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，隨著工業發展和人類自身活動的增加，大量含有重金屬污染物的工業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，生物不可降解的特點，且可通過食物鏈作用進入人體，并在人體內累積，從而導致各種疾病和機能紊亂，最終對人體健康造成嚴重危害。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前的迫切任務。

2 濕法脫硫廢水的性質

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鉛、鎘、鉻、鎳、汞等列為第一類污染物的物質。這些物質必須在車間或者車間處理設施排放口達標排放。這就要求在脫硫廢水作為其他水源時，必須單獨處理。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 幾種化學沉淀法去除重金屬離子的方法

化學沉淀法指向重金屬廢水中加入藥劑通過化學反應使呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶于水的化合物沉淀而去除。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體共沉淀法等。化學沉淀法發展時間較長，工藝較成熟。該工藝對重金屬去除范圍廣、效率高、經濟簡便。但需要投加大量化學藥劑，產生的沉渣量大、含水高、脫水困難，若處置不當，極易造成二次污染。

其中中和沉淀法是應用最廣的一種方法，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。向重金屬廢水中投加鐵鹽，通過工藝控制，達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定的鐵氧體晶粒共沉淀，再通過重力分離等手段，達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生產中所產生的含多種重金屬離子的廢水。該工藝投資省、設備簡單、沉渣量少，且化學性質比較穩定。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和絡合物的廢水等缺點。

4 鐵氧微晶體處理技術

目前，隨著廢水技術排放標準的日趨嚴格，單純化學沉淀法很難滿足達標排放的要求。隨著相關研究的深入和新材料的開發，近年來出現很多新型的重金屬廢水處理技術。 研究發現，采用零價鐵技術處理廢水時，取得了良好的效果，但是經過多次現場中試研究發現，隨著反應的進行，會在零價鐵表明形成鈍化層，從而阻止反應進行。鐵氧微晶體技術是美國魯道夫勛章獲得者黃永恒博士基于活性鐵技術開發應用過程中對零價鐵、鐵氧化物，與各類污染物的互動過程中的化學過程和機理的最新認識基礎上開發的一個全新的水處理工藝，是對活性鐵技術的推陳出新，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。脫硫廢水首先經過簡單沉淀后，上清液進入四級活性鐵處理系統，每級處理器中設有攪拌系統，控制轉速為1 500 rpm使反應器內的活性鐵處于流化狀態，同時調節廢水pH至7.1～7.3（碳酸氫鈉溶液），向系統中加入Fe2+（0.01 M HCl酸化的氯化亞鐵溶液）確保活性鐵持續具有活性。經過hZVI系統處理后的廢水進入后處理過程，使Fe2+氧化為Fe3+，同時加堿調節pH，使Fe3+形成氫氧化鐵沉淀，然后廢水進入澄清池進行固液分離。最后，澄清池上清液進入砂濾池進一步去除廢水中的懸浮物，最終出水達標排放。

5 鐵氧微晶體技術的優點

鐵氧微晶體技術可用于去除廢水中的各類重金屬污染物，該技術除了保持了活性鐵技術的各種優點外，同時能夠實現鐵氧化物的合成過程的控制，使該系統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。實驗室研究表明，鐵氧微晶體技術處理脫硫廢水時，對絕大多數重金屬離子的去除效率可達99%以上，出水中重金屬濃度遠低于我國相關排放標準。同時該工藝產生污泥量少（約只有化學沉淀法的1/3）、比重大、容易脫水，而且經過浸出毒性檢測測試表明，該工藝產生的污泥為一般固體廢物，從而可大大降低污泥后續處理成本。此外，該工藝流程簡單，所用的主要原料為常規鐵鹽和鐵粉，價格低廉，因此運行費用明顯低于傳統工藝。鐵氧微晶體技術處理重金屬廢水具有廣譜性、適應性強等特點。因此，該技術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，應用市場極為廣泛。

6 鐵氧微晶體的運行成本優勢

如果按每日200 t處理量設計，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）、燒堿（或替代堿液）10～20 kg、絮凝劑2 kg，根據具體的水質和處理要求，有可能還需要用到次氯酸鈉（或相當的強氧化劑）5～20 kg，電耗：估計為1 kwh/m3廢水。按照國內目前價格計算，噸水處理運行成本低于2元（不含人工成本）。而國內常用的三聯箱沉淀法，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運行成本按照2元/t計算，三聯箱工藝按照7元/t計算，日處理200 t廢水時每年節約運行費用約36萬元。此外，由于鐵氧微晶體技術產生的污泥量少，且為一般固體廢物，因此在污泥處置方面還可以節約大量成本。所以與現行三聯箱工藝相比，鐵氧微晶體技術具有明顯成本優勢。

7 結語

目前重金屬廢水主要采用化學沉淀法、吸附法處理，存在主要問題是化學藥劑投加量大，沉淀污泥產生量大且處置困難。鐵氧微晶體處理技術已經進行了大量實驗室研究，均表現出非常好的處理效果，尚未見明顯技術缺陷。因此，在國內環保形勢嚴峻，水處理市場需求巨大的背景下，此技術如果商業應用成功，一定會將迎來廣闊的發展空間。

參考文獻

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

[2] 吳怡衛.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研究進展[J].環境工程，2016（1）：31-35.