一种新型湿法脱硫废水重金属的处理技术

张魁++张磊

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.065

摘 要：该文概述了重金属废水的来源与危害，并介绍了湿法脱硫废水的性质，分析了国内外普遍应用的化学沉淀去除脱硫废水中重金属的优缺点，并介绍了一种新型的铁氧微晶体处理脱硫废水中重金属的技术及其优点与成本优势，对电厂脱硫废水的重金属处理有借鉴意义。

关键词：脱硫废水 化学沉淀 铁氧微晶体 重金属

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（a）-0065-02

1 重金属废水的来源及危害

重金属废水来源广泛，随着工业发展和人类自身活动的增加，大量含有重金属污染物的工业废水和城市生活污水被排入江河湖泊。重金属废水污染具有毒效长期持续，生物不可降解的特点，且可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害。其中主要金属污染源有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等。因此，有效地去除废水中的重金属已成为当前的迫切任务。

2 湿法脱硫废水的性质

湿法脱硫废水中主要包括悬浮物、硫酸盐、过饱和的亚硫酸盐、重金属离子。其中重金属离子包扩铅、镉、铬、镍、汞等列为第一类污染物的物质。这些物质必须在车间或者车间处理设施排放口达标排放。这就要求在脱硫废水作为其他水源时，必须单独处理。湿法脱硫废水一般呈酸性，pH值约为4.1～6.5，含固率较高，具有强烈的粘附性和沉淀性，重金属离子含量不大，但离子种类多且浓度范围大，在弱酸性的脱硫废水中，重金属具有较好的溶解性。

3 几种化学沉淀法去除重金属离子的方法

化学沉淀法指向重金属废水中加入药剂通过化学反应使呈溶解状态的重金属转变为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、钡盐沉淀法和铁氧体共沉淀法等。化学沉淀法发展时间较长，工艺较成熟。该工艺对重金属去除范围广、效率高、经济简便。但需要投加大量化学药剂，产生的沉渣量大、含水高、脱水困难，若处置不当，极易造成二次污染。

其中中和沉淀法是应用最广的一种方法，向重金属废水中投加碱中和剂（通常为Ca（OH）2）使废水中的重金属形成溶解度较小的氢氧化物沉淀而去除。

铁氧体共沉淀法是日本电气公司（NEC）研究出来的一种处理术。向重金属废水中投加铁盐，通过工艺控制，达到有利于形成铁氧体的条件，使污水中多种重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体晶粒共沉淀，再通过重力分离等手段，达到去除重金属离子的目的。铁氧体法处理重金属废水效果好，特别适用于处理工业生产中所产生的含多种重金属离子的废水。该工艺投资省、设备简单、沉渣量少，且化学性质比较稳定。在自然条件下，一般不易造成二次污染。此外，铁氧体具有磁性，可以作为磁性材料回收利用。但该方法不能单独回收有用的金属，且其在形成铁氧体过程中一般需要加热，能耗较高。另外，该方法还具有处理后废水盐度高，不能处理含Hg和络合物的废水等缺点。

4 铁氧微晶体处理技术

目前，随着废水技术排放标准的日趋严格，单纯化学沉淀法很难满足达标排放的要求。随着相关研究的深入和新材料的开发，近年来出现很多新型的重金属废水处理技术。 研究发现，采用零价铁技术处理废水时，取得了良好的效果，但是经过多次现场中试研究发现，随着反应的进行，会在零价铁表明形成钝化层，从而阻止反应进行。铁氧微晶体技术是美国鲁道夫勋章获得者黄永恒博士基于活性铁技术开发应用过程中对零价铁、铁氧化物，与各类污染物的互动过程中的化学过程和机理的最新认识基础上开发的一个全新的水处理工艺，是对活性铁技术的推陈出新，核心过程是直接通过加入各类铁盐和其他药剂，控制反应条件，直接在水相中生成具有特种离子或晶格交换能力特性的铁氧微晶体，通过离子交换和表面吸附，快速去除废水中的重金属离子。脱硫废水首先经过简单沉淀后，上清液进入四级活性铁处理系统，每级处理器中设有搅拌系统，控制转速为1 500 rpm使反应器内的活性铁处于流化状态，同时调节废水pH至7.1～7.3（碳酸氢钠溶液），向系统中加入Fe2+（0.01 M HCl酸化的氯化亚铁溶液）确保活性铁持续具有活性。经过hZVI系统处理后的废水进入后处理过程，使Fe2+氧化为Fe3+，同时加碱调节pH，使Fe3+形成氢氧化铁沉淀，然后废水进入澄清池进行固液分离。最后，澄清池上清液进入砂滤池进一步去除废水中的悬浮物，最终出水达标排放。

5 铁氧微晶体技术的优点

铁氧微晶体技术可用于去除废水中的各类重金属污染物，该技术除了保持了活性铁技术的各种优点外，同时能够实现铁氧化物的合成过程的控制，使该系统具有更好的晶格替换和离子交换作用，具有更高的重金属去除效率。实验室研究表明，铁氧微晶体技术处理脱硫废水时，对绝大多数重金属离子的去除效率可达99%以上，出水中重金属浓度远低于我国相关排放标准。同时该工艺产生污泥量少（约只有化学沉淀法的1/3）、比重大、容易脱水，而且经过浸出毒性检测测试表明，该工艺产生的污泥为一般固体废物，从而可大大降低污泥后续处理成本。此外，该工艺流程简单，所用的主要原料为常规铁盐和铁粉，价格低廉，因此运行费用明显低于传统工艺。铁氧微晶体技术处理重金属废水具有广谱性、适应性强等特点。因此，该技术除了可以用于处理脱硫废水以外，还可以用于电镀、冶金等工业废水中的重金属处理，也可用于地表水和地下水的重金属污染治理，应用市场极为广泛。

6 铁氧微晶体的运行成本优势

如果按每日200 t处理量设计，每天所需主要药剂包括：铁粉20～40 kg、铁盐（或铁盐溶液）20～40 kg（以100%硫酸亚铁计）、烧碱（或替代碱液）10～20 kg、絮凝剂2 kg，根据具体的水质和处理要求，有可能还需要用到次氯酸钠（或相当的强氧化剂）5～20 kg，电耗：估计为1 kwh/m3废水。按照国内目前价格计算，吨水处理运行成本低于2元（不含人工成本）。而国内常用的三联箱沉淀法，处理1t脱硫水药剂成本约6～8元（不含人工成本）。如果采用铁氧微晶体技术运行成本按照2元/t计算，三联箱工艺按照7元/t计算，日处理200 t废水时每年节约运行费用约36万元。此外，由于铁氧微晶体技术产生的污泥量少，且为一般固体废物，因此在污泥处置方面还可以节约大量成本。所以与现行三联箱工艺相比，铁氧微晶体技术具有明显成本优势。

7 结语

目前重金属废水主要采用化学沉淀法、吸附法处理，存在主要问题是化学药剂投加量大，沉淀污泥产生量大且处置困难。铁氧微晶体处理技术已经进行了大量实验室研究，均表现出非常好的处理效果，尚未见明显技术缺陷。因此，在国内环保形势严峻，水处理市场需求巨大的背景下，此技术如果商业应用成功，一定会将迎来广阔的发展空间。

参考文献

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