可溶劑去除水中懸浮重金屬的試驗研究

杜國強，尹婷婷，候健衛

（1寶山鋼鐵股份有限公司 冷軋廠，上海201900；2寶武集團中央研究院 能源與環境研究所，上海201900）

1 前言

重金屬是指比重＞5的金屬（一般來講密度＞4.5 g/cm3的金屬），包括Au、Ag、Cu、Fe、Pb等。重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒。在環境污染方面所說的重金屬主要是指錳、鎘、鉛、鉻、鐵以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬［1］懸浮物是鋼鐵企業廢水中常見的污染物質，與有機污染物不同，重金屬懸浮物不能通過降解過程分解。經過長期積累，大量重金屬懸浮物沉積在管路內壁及管路設備上，導致換熱器等設備的工作效率受到影響。為消除依附在管路設備中的重金屬雜質，機組在每次定修時均需排空進行清掃，但依舊很難徹底清掃雜質，設備開機后容易在帶鋼表面形成小黑點缺陷，影響產品質量。

目前重金屬懸浮物的去除方法主要分為物理法、化學法和生物法。物理法是在盡量不改變重金屬化學性質和形態的前提下而進行的離心、過濾、吸附［2］、分離的方法，這一類的方法具體有吸附、萃取、離子交換［3］和膜分離等。化學法是將重金屬離子與藥劑或吸附材料發生化學反應或使重金屬沉積而被除去的方法，這一類的方法有中和沉淀法、電滲析法、硫化物沉淀法、氧化還原法、微電解內電解等。生物法則是借助微生物或植物本身的性質，加上絮凝、富集等生物作用去除重金屬離子的方法，這一類的方法有生物絮凝法［4］、生物吸附法［5］、生物化學法以及植物修復法等。

可溶劑可使水體中析出的C、Mn和Fe等懸浮金屬離子或復合金屬氧化物顆粒溶化，從而減少重金屬雜質在設備及系統中的沉積，屬于化學方法去除金屬顆粒污染物。本研究通過添加可溶劑來觀測水體中溶解態金屬離子的含量變化，在此基礎上對可溶劑對淬水槽中重金屬懸浮物的溶解性能進行評估；同時，對在0.1%～2.5%范圍內不同梯度可溶劑使用濃度下的溶解性能進行試驗，找出最適宜、最經濟的使用濃度。

2 試驗用水與方法

試驗用水采用寶鋼某冷軋機組的淬水槽循環水，pH值7.56，電導率14.46μS/cm，水中金屬離子的總量及溶解量見表1。由表1可以看出，該廢水中重金屬以Mn、Fe含量最高，并且其中大部分以固體顆粒形態存在。通過相關檢測設備對試驗用水中的臟污顆粒進行粒度測試與分析，結果見圖1。

表1 試驗用水中金屬離子的總量及溶解量

圖1 試驗水臟污顆粒粒度分布

從圖1中可以看出，試驗用水臟污顆粒的粒度范圍為0.02～2 000μm，其中粒度在2.062～87.671 μm區間的顆粒占主要臟污顆粒總體積的90%以上，體積平均粒徑為32.627μm。

分別取1 000 mL試驗水樣于6個1 000 mL的大燒杯中，其中1杯為原液，另外5杯加入可溶劑，調整藥劑質量分數分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，與原液混勻后，取出水樣，加入硝酸進行消解后，測定水中的總金屬含量。然后再取加入可溶劑的5個燒杯中的上清液，使用0.45μm濾膜將上清液進行過濾，收集濾液用于分析水中溶解態的金屬含量。試驗過程中，水溫基本穩定在15～25℃的室溫范圍內。

3 試驗結果與討論

為驗證可溶劑對淬槽水中金屬離子的溶解作用，對比分析了不添加可溶劑的試驗水樣中總的金屬離子含量（水樣用硝酸消解后測量）和添加水溶劑后溶解態（水樣用0.45μm膜過濾后測量）的金屬離子含量。分析數據如表2所示。

表2 不同質量分數藥劑對金屬離子的溶解情況

由表2可知，試驗水樣中含量相對較高的幾種金屬離子中，Mn部分為溶解態、部分為非溶解態，Al和Fe幾乎全部為非溶解態，Ca絕大部分為溶解態。當在水樣中添加可溶劑后，溶解態的Mn從1.4 mg/L增加至3 mg/L左右，說明該可溶劑對Mn的溶解性有很好的改善作用，但是沒有被可溶劑溶解的非溶解態Mn，并不隨著可溶劑質量分數的增加使得Mn溶解量進一步增加。相比較而言，在2%質量分數的可溶劑作用下時，Mn的溶解量最多。添加可溶劑對水樣中的Al有部分溶解，尤其當水溶劑的質量分數為2.5%時，超過一半的Al在該質量分數的水溶劑作用下溶解，Al溶解的效果達到最好。表2中數據表明水溶劑對Fe的溶解作用不明顯。

進一步分析表2可知，添加可溶劑后水樣pH值上升0.5左右，但是隨著可溶劑質量分數的增加，水樣pH值的變化并不明顯。原先未添加可溶劑時水樣的電導率大致在10～20μS/cm，但是添加可溶劑后水樣的電導率顯著升高。進一步發現當添加質量分數為0.5%的可溶劑時，水樣的電導率已經上升到1 090μS/cm，并且隨著可溶劑質量分數的增加，水樣電導率幾乎呈線性關系升高（見圖2）。

4 結論

4.1 可溶劑的使用，對水樣中Mn有相對較好的溶解性，并且當添加2%質量分數的可溶劑時可以使Mn的溶解性能達到最佳狀態，但是隨著可溶劑質量分數的增加，Mn的溶解性能并沒有呈現逐步增加的趨勢；可溶劑的添加對水樣中的Al也有部分的溶解；對Fe的溶解作用不明顯。

4.2 可溶劑對水樣的pH值影響不明顯，但對水樣的電導率有顯著的影響，隨著可溶劑質量分數的增加水樣電導率呈線性升高的趨勢。