可溶剂去除水中悬浮重金属的试验研究

杜国强，尹婷婷，候健卫

（1宝山钢铁股份有限公司 冷轧厂，上海201900；2宝武集团中央研究院 能源与环境研究所，上海201900）

1 前言

重金属是指比重＞5的金属（一般来讲密度＞4.5 g/cm3的金属），包括Au、Ag、Cu、Fe、Pb等。重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒。在环境污染方面所说的重金属主要是指锰、镉、铅、铬、铁以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属［1］悬浮物是钢铁企业废水中常见的污染物质，与有机污染物不同，重金属悬浮物不能通过降解过程分解。经过长期积累，大量重金属悬浮物沉积在管路内壁及管路设备上，导致换热器等设备的工作效率受到影响。为消除依附在管路设备中的重金属杂质，机组在每次定修时均需排空进行清扫，但依旧很难彻底清扫杂质，设备开机后容易在带钢表面形成小黑点缺陷，影响产品质量。

目前重金属悬浮物的去除方法主要分为物理法、化学法和生物法。物理法是在尽量不改变重金属化学性质和形态的前提下而进行的离心、过滤、吸附［2］、分离的方法，这一类的方法具体有吸附、萃取、离子交换［3］和膜分离等。化学法是将重金属离子与药剂或吸附材料发生化学反应或使重金属沉积而被除去的方法，这一类的方法有中和沉淀法、电渗析法、硫化物沉淀法、氧化还原法、微电解内电解等。生物法则是借助微生物或植物本身的性质，加上絮凝、富集等生物作用去除重金属离子的方法，这一类的方法有生物絮凝法［4］、生物吸附法［5］、生物化学法以及植物修复法等。

可溶剂可使水体中析出的C、Mn和Fe等悬浮金属离子或复合金属氧化物颗粒溶化，从而减少重金属杂质在设备及系统中的沉积，属于化学方法去除金属颗粒污染物。本研究通过添加可溶剂来观测水体中溶解态金属离子的含量变化，在此基础上对可溶剂对淬水槽中重金属悬浮物的溶解性能进行评估；同时，对在0.1%～2.5%范围内不同梯度可溶剂使用浓度下的溶解性能进行试验，找出最适宜、最经济的使用浓度。

2 试验用水与方法

试验用水采用宝钢某冷轧机组的淬水槽循环水，pH值7.56，电导率14.46μS/cm，水中金属离子的总量及溶解量见表1。由表1可以看出，该废水中重金属以Mn、Fe含量最高，并且其中大部分以固体颗粒形态存在。通过相关检测设备对试验用水中的脏污颗粒进行粒度测试与分析，结果见图1。

表1 试验用水中金属离子的总量及溶解量

图1 试验水脏污颗粒粒度分布

从图1中可以看出，试验用水脏污颗粒的粒度范围为0.02～2 000μm，其中粒度在2.062～87.671 μm区间的颗粒占主要脏污颗粒总体积的90%以上，体积平均粒径为32.627μm。

分别取1 000 mL试验水样于6个1 000 mL的大烧杯中，其中1杯为原液，另外5杯加入可溶剂，调整药剂质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，与原液混匀后，取出水样，加入硝酸进行消解后，测定水中的总金属含量。然后再取加入可溶剂的5个烧杯中的上清液，使用0.45μm滤膜将上清液进行过滤，收集滤液用于分析水中溶解态的金属含量。试验过程中，水温基本稳定在15～25℃的室温范围内。

3 试验结果与讨论

为验证可溶剂对淬槽水中金属离子的溶解作用，对比分析了不添加可溶剂的试验水样中总的金属离子含量（水样用硝酸消解后测量）和添加水溶剂后溶解态（水样用0.45μm膜过滤后测量）的金属离子含量。分析数据如表2所示。

表2 不同质量分数药剂对金属离子的溶解情况

由表2可知，试验水样中含量相对较高的几种金属离子中，Mn部分为溶解态、部分为非溶解态，Al和Fe几乎全部为非溶解态，Ca绝大部分为溶解态。当在水样中添加可溶剂后，溶解态的Mn从1.4 mg/L增加至3 mg/L左右，说明该可溶剂对Mn的溶解性有很好的改善作用，但是没有被可溶剂溶解的非溶解态Mn，并不随着可溶剂质量分数的增加使得Mn溶解量进一步增加。相比较而言，在2%质量分数的可溶剂作用下时，Mn的溶解量最多。添加可溶剂对水样中的Al有部分溶解，尤其当水溶剂的质量分数为2.5%时，超过一半的Al在该质量分数的水溶剂作用下溶解，Al溶解的效果达到最好。表2中数据表明水溶剂对Fe的溶解作用不明显。

进一步分析表2可知，添加可溶剂后水样pH值上升0.5左右，但是随着可溶剂质量分数的增加，水样pH值的变化并不明显。原先未添加可溶剂时水样的电导率大致在10～20μS/cm，但是添加可溶剂后水样的电导率显著升高。进一步发现当添加质量分数为0.5%的可溶剂时，水样的电导率已经上升到1 090μS/cm，并且随着可溶剂质量分数的增加，水样电导率几乎呈线性关系升高（见图2）。

4 结论

4.1 可溶剂的使用，对水样中Mn有相对较好的溶解性，并且当添加2%质量分数的可溶剂时可以使Mn的溶解性能达到最佳状态，但是随着可溶剂质量分数的增加，Mn的溶解性能并没有呈现逐步增加的趋势；可溶剂的添加对水样中的Al也有部分的溶解；对Fe的溶解作用不明显。

4.2 可溶剂对水样的pH值影响不明显，但对水样的电导率有显著的影响，随着可溶剂质量分数的增加水样电导率呈线性升高的趋势。