高效脱汞吸附材料在氯碱工业含汞废水深度处理中的应用

王晓焕，黄富铭

（1.中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆天业（集团）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

高效脱汞吸附材料在氯碱工业含汞废水深度处理中的应用

王晓焕1，黄富铭2

（1.中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆天业（集团）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

采用高效脱汞吸附材料对电石法聚氯乙烯生产过程中产生的含汞废水进行深度处理，通过连续6个月的中试运行，考察了除汞效果。结果表明，该高效脱汞吸附材料对低浓度含汞废水的去除效果好，处理后出水汞浓度能够稳定在5μg/L以下。若配合适当的装置和工艺，该系材料将有望在含汞废水深度处理领域得到推广应用。

含汞废水；吸附；氯碱工业；脱汞吸附材料

1　高效脱汞吸附材料概况

汞由于具有剧毒、可生物富集、易挥发、易迁移、易转化、难生物降解等特性而受到广泛关注［1］，被列为全球性污染物。当前，中国含汞废水的排放标准要求出水汞浓度不高于0.005mg/L。然而，采用传统的处理工艺如化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、电解法等处理含汞废水难度较大［2］，含汞废水的处理方法亟待改进。

吸附法作为一种公认的、经济而又有效的废水处理方法，由于其工艺简单，效果稳定，而且不产生二次污染，近年来在含汞废水处理领域受到广泛关注［3-8］。但是，这种方法对含汞废水的处理效果主要依赖于吸附剂材料的性能。目前，市场上销售的可用于含汞废水处理的吸附材料主要是颗粒状或柱状的活性炭和球形的含巯基、硫脲基等官能团的吸附除汞树脂。活性炭类吸附剂对汞及其化合物的吸附主要靠的是物理吸附作用，吸附性能相对较差，只适合用于处理成分单一且浓度较低的含汞废水；含巯基、硫脲基等官能团的吸附除汞树脂对汞及其化合物的吸附性能较好，去除效率较高，但其价格较为昂贵，废水处理成本较高，难以被企业广泛接受。

中科院新疆理化技术研究所在前期研究中，开发了一类新型、高效脱汞吸附材料—PVA系列高效脱汞吸附剂［9-15］。该材料是一种黄色粉体颗粒状物，具有三维网状的内部空间结构，分子结构中含有氨基、酰胺基等能与汞发生螯合作用的官能团。该系列脱汞吸附材料对汞及其化合物表现出优异的吸附性能和独特的吸附选择性，对汞的吸附容量大，去除效率高，吸附性能几乎不受水体中高的盐分、高的有机物含量的影响，既可用于高浓度含汞废水的有效处理，也可以用于低浓度含汞废水的深度净化。另外，由于这类脱汞吸附材料是由壳聚糖、黏土等自然资源原料制备而成，其生产成本相对较低，材料吸附饱和后可以脱附再生，重复使用性能好，废水处理成本低。因此，有望成为一类新型的脱汞吸附材料被应用于含汞废水的有效处理中。

新疆天业（集团）天能化工有限公司是一家拥有45万t/a聚氯乙烯生产装置的氯碱企业，采用电石法工艺生产聚氯乙烯，在生产过程中会产生含汞废水。目前，该公司采用三段连续工艺含汞废水处理技术，虽然能够使处理后的含汞废水达到排放要求，但采用该技术处理含汞废水时，对过程控制、企业管理水平和员工素质的要求均比较高。为应对国家日益严格的环保要求，公司考虑对含汞废水进行深度处理，进一步降低废水中的汞浓度。

为此，中科院新疆理化技术研究所与新疆天业（集团）天能化工有限公司合作，于2014年11月至2015年5月开展了运用PVA系列高效脱汞吸附剂对电石法PVC生产产生的含汞废水进行深度处理的中试试验研究，对PVA系列高效脱汞吸附剂在含汞废水深度处理中的应用效果进行了评估。

2　中试试验进水水质

新疆天业（集团）天能化工有限公司采用常规的脱吸工艺结合深度脱吸工艺，形成含汞废水封闭式循环系统，在深度脱吸后，将含微量氯化氢（质量分数在1%以下）的废水与含汞废碱液进行中和处理得到含汞废水。此次中试试验研究中，含汞废水的水质情况见表1。

表1　含汞废水水质情况

3　含汞废水吸附除汞工艺流程

此次中试试验研究的处理对象是经化学沉淀-絮凝工艺处理后的低浓度含汞废水。废水在进入吸附除汞装置之前，先经过滤装置除去其中的悬浮物、胶体和大分子有机物，并在中间水箱中调节废水的pH值，然后通过隔膜泵将其输送进入吸附除汞装置，工艺流程见图1。

图1　吸附除汞工艺流程图

4　吸附除汞系统、装置

此次中试试验所搭建的吸附除汞工艺系统由原水箱、过滤装置、中间水箱、隔膜泵、压力表、吸附除汞系统以及电气系统组成。其中，吸附除汞装置由四级吸附柱依次串联构成。每级吸附柱均由吸附柱由圆柱形柱体、弧形顶盖、弧形底盖、筛网、上端多孔板、下端多孔板、填料进口、填料出口、进水管、出水管和排气阀门组成，吸附柱内自上而下依次为上充水区、吸附剂填料区和下充水区，弧形顶盖和弧形底盖与圆柱形柱体之间通过法兰进行连接固定。吸附剂填料是中科院新疆理化技术研究所开发的高效脱汞吸附剂PVA10。

试验过程中，各级吸附柱均采用下充水流过滤方式。含汞废水首先进入各级吸附柱的下充水区，通过吸附柱下端的筛网和布漏板进入吸附剂填料区，在吸附剂填料区进行吸附除汞，然后通过吸附柱上端的筛网和布漏板进入吸附柱的上充水区，最后通过出水管排出。此次中试试验中，整套吸附除汞装置内填充的高效脱汞吸附剂PVA10的总质量为850 g，进水流量设定为0.03m3/h，系统含汞废水处理能力为0.72m3/d。系统连续、稳定运行6个月，共处理含汞废水129.60m3。

5　中试试验运行数据总结及分析

此次中试试验于2014年11月17日开始运行，截至2015年5月17日，系统已经连续运行6个月，运行过程中的部分检测数据见表2。

表2　含汞废水深度处理中试试验运行数据

从表2可以看出，在连续6个月的运行过程中，进水中汞浓度在5～100μg/L，经吸附处理后，出水汞浓度能够稳定在5μg/L以下，达到国家标准GB15581-95规定的排放要求。采用该吸附除汞工艺系统处理较低浓度含汞废水，汞的去除效果好，可以达到80%以上；该高效脱汞吸附材料对汞的吸附容量大，在连续6个月的中试试验运行过程中，尚未进行材料的更换和脱附再生；另外，该高效脱汞吸附材料对汞的吸附性能几乎不受水体中高的盐分、高的有机物含量的影响。可以实现对含汞废水的连续、快速、深度处理，降低废水处理成本，减少环境污染。采用吸附法对含汞废水进行深度处理，工艺简单、操作方便、出水水质稳定，不易造成二次污染。

6　结语

采用PVA系列高效脱汞吸附剂对含汞废水进行深度处理，在连续6个月的中试试验运行过程中，出水汞浓度能够稳定在5μg/L以下，达到了国家规定的排放要求。该系列高效脱汞吸附材料的生产成本相对较低，吸附容量大，除汞效果好，材料吸附饱和后可以通过脱附重新恢复除汞能力，重复使用性能好。若配合适当的装置和工艺，该系列脱汞吸附材料将有望在含汞废水深度处理领域得到推广应用，可降低废水处理成本，减少环境污染。

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Application of high-perform anceadsorbent form ercury removal in advanced treatmentof chlor-alkaliindustrialwastewater containingm ercury

WANGXiao-huan1，HUANGFu-ming2
（1.Laboratory of Environmental Sciencesand Technology，Xinjiang Technical InstituteofPhysics& Chemistry；Key Laboratory of FunctionalMaterialsand Devices for SpecialEnvironments，Chinese Academy of Sciences，Urumqi830011，China；2.Tianneng ChemicalCo.Ltd.，Xinjiang Tianye（Group）Co.，Ltd.，Shihezi，832000，China）

High-performance adsorbents formercury removal were employed to deeply treat wastewater containingmercury from the production of polyvinyl chloride by calcium carbidemethod.A pilot scale test was continued for 6 months to investigate the efficiency ofmercury removal.Results show that the highperformance adsorbent for mercury removal exhibits excellent removal efficiency in the treatment of wastewater containing low-concentration mercury.The mercury concentration of effluents can be stable below the valueof5μg/L.If the device and the processemployed are proper，suchmaterial isexpected tobe applied in the field ofadvanced treatmentofmercury containingwastewater.

wastewater containing mercury；adsorption；chlor-alkali industry；adsorbent for mercury removal

TQ314.24+2

B

1009-1785（2015）09-0039-03

2015-05-06

王晓焕（1979—），女，副研究员，中科院新疆理化技术研究所，主要从事重金属特效吸附材料的设计、合成及应用研究工作。