碳酸鋰行業(yè)含鉈廢水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

羅文忠 陳蓮花

（1 贛州市生態(tài)環(huán)境技術(shù)服務(wù)中心 江西贛州 341000 2 贛州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合執(zhí)法支隊(duì) 江西贛州 341000）

引言

工業(yè)廢水指工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含有大量有毒物質(zhì)的廢水、污水和廢液，具有一定的危害性，是污染水環(huán)境的主要元兇。碳酸鋰是一種在鋰電池、玻璃和陶瓷等領(lǐng)域具有重要用途的化工原料，在其制備過程中會(huì)產(chǎn)生大量的含鉈（Tl）廢水，對(duì)環(huán)境危害較大，嚴(yán)重影響生態(tài)安全。因此，對(duì)含鉈廢水進(jìn)行處理是目前工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展急需解決的難題。本文擬結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究成果，對(duì)我國碳酸鋰工業(yè)中的含鉈廢水進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)其處理方法進(jìn)行深入分析，以期通過安全有效且環(huán)保的經(jīng)濟(jì)處理，促進(jìn)我國碳酸鋰工業(yè)中含鉈廢水處理技術(shù)的進(jìn)步，從而不斷提高工業(yè)廢水排放質(zhì)量，有效降低工業(yè)廢水對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障人們生活質(zhì)量[1]。

1 碳酸鋰行業(yè)含鉈廢水處理現(xiàn)狀

1.1 含鉈廢水的來源

在碳酸鋰制備中，由于采用了TI 氧化物作催化劑，將其中的一些TI 轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)的TI，并隨污水排入環(huán)境，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。另外，由于冶煉過程中必須對(duì)廢渣進(jìn)行多次的清洗處置，對(duì)廢渣中的TI 進(jìn)行有效的回收，從而產(chǎn)生大量的廢液，因此會(huì)排放出大量的含鉈污廢水。含鉈廢水與傳統(tǒng)的碳酸鋰工藝過程中產(chǎn)生的廢水有很大區(qū)別，TI 含量更高，處理更困難。

1.2 含鉈廢水處理存在的問題

1.2.1 管理費(fèi)用高昂

由于含鉈廢水性質(zhì)的特殊性，使其處理投資成本較大，管理費(fèi)用較高。雖然一些新的方法，如電化學(xué)方法，正逐步被應(yīng)用于含鉈廢水的處理之中，但新的處理方法還不夠完善，還存在一些風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2 政策和法律滯后

目前，國內(nèi)對(duì)含鉈廢水處理的政策和規(guī)定還不夠完善，也給含鉈廢水處理造成了困難。

1.2.3 工藝難點(diǎn)

含鉈廢水中的TI 離子一般含量很低，必須通過有效的工藝來去除。因此，含鉈廢水的處理工藝相當(dāng)復(fù)雜。

1.2.4 投資費(fèi)用高

目前，我國所采用的含鉈廢水處理方法，均需增加裝置與加投化學(xué)試劑，并且有些處理方法還需進(jìn)一步完善。而增加裝置與加投化學(xué)試劑，都要求有很大的資本支撐，因此所有含鉈廢水處理工藝的投資費(fèi)用都很高。

1.2.5 TI 廢水資源化利用效率較低

目前，對(duì)含鉈廢水的處理都是采用將TI 廢水變成固廢或經(jīng)深加工后直接排入環(huán)境的方式，使得TI 廢水的資源化利用效率較低。因此，若能研究出更好的含鉈廢水處理技術(shù)，對(duì)TI 廢水加以利用，既可以降低浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的目的，又可以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的[2]。

1.3 現(xiàn)有含鉈廢水的處理方法

目前，國內(nèi)外已有多種含鉈廢水處理方法，如化學(xué)析出、電化學(xué)、吸附和膜分離等。

1.3.1 化學(xué)析出法

化學(xué)析出法指在含鉈廢水中加入一些化學(xué)物質(zhì)，使得這些化學(xué)物質(zhì)與其它物質(zhì)相結(jié)合，生成一種不能溶解的析出物，以除廢水的TI。化學(xué)析出法使用較多，但也有一些不足之處，如藥劑消耗較高易造成二次污染等。

1.3.2 電化學(xué)法

電化學(xué)法是采用電極反應(yīng)的理論，使含鉈廢水中的TI 在電極上經(jīng)過一系列的氧化-還原過程，并在其表面生成一種難溶解的沉淀物，從而使其在電極表面發(fā)生一種特殊的吸附。由于反應(yīng)速率快，操作簡單，因此電化學(xué)法是一種新型的有機(jī)-無機(jī)雜化法。

1.3.3 吸附法

吸附法是采用吸附劑吸附含鉈廢水中的TI，達(dá)到脫除TI 的目的。活性碳是目前應(yīng)用最廣泛的一種吸附材料，在處理含鉈廢水時(shí)表現(xiàn)出了良好的性能。但吸附法處理含鉈廢水過程的復(fù)雜程度和高昂的投資成本，限制了它的廣泛使用。

1.3.4 膜分離法

膜分離法是采用半滲透型薄膜將含鉈廢水分離，以達(dá)到除TI 離子的目標(biāo)。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化濾池結(jié)構(gòu)，使其具有更好的處理效果及穩(wěn)定性。

1.3.5 小結(jié)

不同的處理方式都有其各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，需結(jié)合具體的環(huán)境條件，選擇適當(dāng)?shù)暮B廢水處理方式，并在處理過程中重視其漏洞與不足，以及根據(jù)具體條件研究出新的處理方式。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)下愈加嚴(yán)格的環(huán)保政策，企業(yè)要與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新研究廢水處理新技術(shù)，有效強(qiáng)化廢水處理措施，以期取得較佳的處理效果，達(dá)到環(huán)保目的，為我國實(shí)現(xiàn)綠色與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)提供有力保障[3]。

2 碳酸鋰行業(yè)含鉈廢水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

近年來，我國在政策領(lǐng)域給予了工業(yè)廢水處理企業(yè)發(fā)展許多政策支持，為工業(yè)廢水處理行業(yè)提供了良好的發(fā)展契機(jī)。《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》要求“到2015 年，重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)重金屬污染物排放量比2007 年降低15%，非重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)重金屬污染物排放量不超過2007年水平”；《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見》明確提出“加強(qiáng)重金屬污染防治，對(duì)重點(diǎn)防控的重金屬污染地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)進(jìn)行集中治理”。

2.1 技術(shù)創(chuàng)新

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新工藝的出現(xiàn)，如采用納米材料、生物技術(shù)等方法，在減少處理費(fèi)用的前提下，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)含鉈廢水的高效處理。同時(shí)，也有許多新技術(shù)，如氧化還原催化技術(shù)、電解殺菌技術(shù)等，也能大大提高含鉈廢水處理的效率。

2.2 合作共贏

為解決工業(yè)中含鉈廢水的處理難題，還需多方合作。如，政府、企業(yè)和科研院所之間應(yīng)加強(qiáng)交流和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)雙贏。政府可制定相應(yīng)的規(guī)范，對(duì)企業(yè)處理含鉈廢水起到引導(dǎo)作用；企業(yè)應(yīng)加大自己的技術(shù)開發(fā)力度，促進(jìn)企業(yè)提升含鉈廢水處理技術(shù)；科研院為企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新提供技術(shù)支撐，促進(jìn)我國在含鉈廢水處理方面的革新與發(fā)展。

2.3 綠色發(fā)展

在對(duì)含鉈廢水進(jìn)行處理的同時(shí)，也要重視其資源化。TI 是一種稀有的稀土元素，對(duì)其進(jìn)行資源化處理，既能節(jié)省能源，又能緩解對(duì)環(huán)境的壓力。因此，在對(duì)含鉈廢水進(jìn)行處理時(shí)，必須對(duì)TI進(jìn)行綜合回收[4]。

2.4 未來的研究方向

2.4.1 高效、低成本的處理技術(shù)

應(yīng)用化學(xué)沉淀、電化學(xué)法、吸附法和膜分離法等技術(shù)，并與新的材料和工藝流程相結(jié)合，發(fā)展出性能更好、操作更簡單的含鉈廢水處理技術(shù)，如開發(fā)以納米材料為基礎(chǔ)的吸附、電化學(xué)反應(yīng)器等。

2.4.2 廢水資源化利用

為解決目前含廢水處理技術(shù)存在的工藝復(fù)雜、投資成本高、廢物減少率低等問題，開發(fā)出更可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的廢水資源化利用技術(shù)，從而達(dá)到廢水資源化利用、降低二次污染等目的。

2.4.3 智能化處理技術(shù)

運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對(duì)含鉈廢水展開監(jiān)控和預(yù)測，實(shí)現(xiàn)處理過程的自動(dòng)化、智能化，同時(shí)還可以對(duì)問題進(jìn)行及時(shí)的識(shí)別和解決，從而提升處理的效率和安全性。

2.4.4 制定出一套標(biāo)準(zhǔn)

與國際、國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)我國實(shí)際情況，制訂出一套適合我國實(shí)際情況的、有效的、有針對(duì)性的含鉈廢水處理工藝。

2.4.5 科學(xué)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管理

構(gòu)建一套科學(xué)的含鉈廢水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)展開監(jiān)控與管理，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)調(diào)整與優(yōu)化，從而達(dá)到對(duì)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2.4.6 多項(xiàng)融合

含鉈廢水處理是一項(xiàng)涉及多領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，一方面應(yīng)以市場為導(dǎo)向，促進(jìn)我國含鉈廢水處理技術(shù)的市場開發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在國際上的合作與交流方面，進(jìn)一步吸收國內(nèi)外有關(guān)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)我國在處理含鉈廢水方面的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展。應(yīng)始終堅(jiān)持“技術(shù)創(chuàng)新”的理念，并依靠教育措施、行政手段以及法律條款等方式有效監(jiān)督工業(yè)廢水的排放，且確保各生產(chǎn)企業(yè)單位能夠履行好自身職責(zé)，避免再產(chǎn)生新的生態(tài)問題。同時(shí)，環(huán)保單位也需要重視對(duì)水污染項(xiàng)目的重視，尤其是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)排放的廢水按指標(biāo)監(jiān)測加強(qiáng)監(jiān)測以及對(duì)各水源的評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步強(qiáng)化監(jiān)測驗(yàn)收力度。另一方面，以高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可持續(xù)為核心，與新的材料、新的工藝和技術(shù)手段相結(jié)合，進(jìn)行持續(xù)的探索和創(chuàng)新，為含鉈廢水的處理和資源化利用提供更好的技術(shù)支撐和保證[5]。同時(shí)，對(duì)含鉈廢水的處理，從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、管理等方面展開全面的研究與發(fā)展，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的良性循環(huán)，為我國城市污水處理技術(shù)發(fā)展提供新思路。

2.5 攻克關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)有的含鉈廢水處理技術(shù)尚存在諸多亟待解決的問題，亟待進(jìn)一步的研究與開發(fā)。

2.5.1 研制新型高效吸附材料

研發(fā)出一種能夠?qū)B廢水實(shí)現(xiàn)高效脫除的新型吸附材料迫在眉睫，因此發(fā)展高選擇性、高吸附量的新型吸附劑勢在必行。本項(xiàng)目擬開展基于 MOFs、氧化石墨烯和納米復(fù)合材料等新型吸附劑的設(shè)計(jì)與制備。對(duì)傳統(tǒng)的吸附材料進(jìn)行表面修飾，或與其它材料結(jié)合，以增加其吸附容量和選擇性，如活性炭添加改性劑后的深度處理方法。以微生物為代表的生物能在水中吸附TI，是一種有效的處理方法，可在此基礎(chǔ)上建立吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)及等溫線等數(shù)學(xué)模型，為吸附工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論依據(jù)，同時(shí)綜合考慮成本、可行性和安全性等因素，并對(duì)其處理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.5.2 優(yōu)化電化學(xué)反應(yīng)裝置

對(duì)電化學(xué)反應(yīng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的優(yōu)化，以增強(qiáng)其在環(huán)境中的穩(wěn)定性與抗腐蝕能力，并探索發(fā)展高效、穩(wěn)定、可再生的新電極材料，為實(shí)現(xiàn)對(duì)含鉈廢水的高效安全處理提供理論依據(jù)。擬對(duì)氧化銦錫、碳納米管和導(dǎo)電聚合物等新型電極材料進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并將其用于處理含鉈廢水，發(fā)現(xiàn)這些材料具有較大的比表面積、較好的導(dǎo)電性和較小的極化度，能夠顯著提升電極的吸附能力、反應(yīng)速度和循環(huán)穩(wěn)定性。如，可通過對(duì)電極結(jié)構(gòu)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極反應(yīng)區(qū)域、流動(dòng)形態(tài)及傳質(zhì)過程的調(diào)控，進(jìn)而提升電極反應(yīng)效率及穩(wěn)定性；可通過對(duì)反應(yīng)過程中電流密度、電解質(zhì)濃度、溫度等因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過程的有效調(diào)控；可通過對(duì)電解質(zhì)溶液的合理選用，在確保該反應(yīng)器穩(wěn)定、可持續(xù)運(yùn)行的前提下，有效提升其催化性能，增加其吸附能力。因此，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮該工藝的成本、可行性和安全性等因素，并對(duì)其處理結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鉈廢水的高效、穩(wěn)定、可持續(xù)處理。

2.5.3 改善膜分離工藝

要解決目前膜分離技術(shù)處理含鉈廢水所面臨的高成本、高膜污染等問題，必須對(duì)其進(jìn)行改造，并對(duì)新型膜材料、反滲透技術(shù)等進(jìn)行研發(fā)，以提升其經(jīng)濟(jì)效益和可行性。

2.5.4 研制智能控制器

擬采用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)含鉈廢水進(jìn)行智能處理與監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)污水的自動(dòng)化、智能化、精細(xì)化運(yùn)行。

2.5.5 發(fā)展污水處理工藝擬開展含鉈廢水資源化處理，實(shí)現(xiàn)其資源化，制備可再生的鉈和鋰資源。

2.5.6 研究和開發(fā)環(huán)境保護(hù)裝備

為降低二次污染，研究開發(fā)環(huán)境保護(hù)裝備。

2.5.7 制訂污水處理標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)我國實(shí)際情況，制定出一套適合我國實(shí)際情況的污水處理標(biāo)準(zhǔn)，并加大實(shí)施力度，使污水處理更加規(guī)范、科學(xué)。

結(jié)語

近年來，隨著國家環(huán)保要求的逐漸嚴(yán)格，廢水處理廠對(duì)廢水的處理標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，且廢水處理規(guī)模隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐年擴(kuò)大，國內(nèi)廢水處理量呈持續(xù)走高趨勢。綜上所述，通過對(duì)當(dāng)前國內(nèi)含鉈廢水處理現(xiàn)狀的分析、關(guān)鍵技術(shù)的突破研究，嚴(yán)格履行國內(nèi)環(huán)保政策法律法規(guī)，做好企業(yè)排水排污工作，可進(jìn)一步提升我國含鉈污染廢水處理的效能與水平，推動(dòng)我國含鉈廢水處理的發(fā)展，并能在有效提升企業(yè)效能、工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，有利地保證我國環(huán)保事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展[6]。但在碳酸鋰生產(chǎn)過程中，含鉈廢水的處理是一項(xiàng)長期而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要在這一領(lǐng)域有所突破，還需要政府、企業(yè)和科研院所等多方面的合作，走技術(shù)創(chuàng)新、合作共贏、綠色發(fā)展的道路，才能使含鉈廢水的處理達(dá)到可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的要求，為國家的環(huán)保事業(yè)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。