高效脫汞吸附材料在氯堿工業(yè)含汞廢水深度處理中的應用

王曉煥，黃富銘

（1.中國科學院新疆理化技術(shù)研究所中國科學院特殊環(huán)境功能材料與器件重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆天業(yè)（集團）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

高效脫汞吸附材料在氯堿工業(yè)含汞廢水深度處理中的應用

王曉煥1，黃富銘2

（1.中國科學院新疆理化技術(shù)研究所中國科學院特殊環(huán)境功能材料與器件重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆天業(yè)（集團）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

采用高效脫汞吸附材料對電石法聚氯乙烯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含汞廢水進行深度處理，通過連續(xù)6個月的中試運行，考察了除汞效果。結(jié)果表明，該高效脫汞吸附材料對低濃度含汞廢水的去除效果好，處理后出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下。若配合適當?shù)难b置和工藝，該系材料將有望在含汞廢水深度處理領(lǐng)域得到推廣應用。

含汞廢水；吸附；氯堿工業(yè)；脫汞吸附材料

1　高效脫汞吸附材料概況

汞由于具有劇毒、可生物富集、易揮發(fā)、易遷移、易轉(zhuǎn)化、難生物降解等特性而受到廣泛關(guān)注［1］，被列為全球性污染物。當前，中國含汞廢水的排放標準要求出水汞濃度不高于0.005mg/L。然而，采用傳統(tǒng)的處理工藝如化學沉淀法、活性炭吸附法、離子交換法、電解法等處理含汞廢水難度較大［2］，含汞廢水的處理方法亟待改進。

吸附法作為一種公認的、經(jīng)濟而又有效的廢水處理方法，由于其工藝簡單，效果穩(wěn)定，而且不產(chǎn)生二次污染，近年來在含汞廢水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注［3-8］。但是，這種方法對含汞廢水的處理效果主要依賴于吸附劑材料的性能。目前，市場上銷售的可用于含汞廢水處理的吸附材料主要是顆粒狀或柱狀的活性炭和球形的含巰基、硫脲基等官能團的吸附除汞樹脂?；钚蕴款愇絼捌浠衔锏奈街饕康氖俏锢砦阶饔?，吸附性能相對較差，只適合用于處理成分單一且濃度較低的含汞廢水；含巰基、硫脲基等官能團的吸附除汞樹脂對汞及其化合物的吸附性能較好，去除效率較高，但其價格較為昂貴，廢水處理成本較高，難以被企業(yè)廣泛接受。

中科院新疆理化技術(shù)研究所在前期研究中，開發(fā)了一類新型、高效脫汞吸附材料—PVA系列高效脫汞吸附劑［9-15］。該材料是一種黃色粉體顆粒狀物，具有三維網(wǎng)狀的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)中含有氨基、酰胺基等能與汞發(fā)生螯合作用的官能團。該系列脫汞吸附材料對汞及其化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和獨特的吸附選擇性，對汞的吸附容量大，去除效率高，吸附性能幾乎不受水體中高的鹽分、高的有機物含量的影響，既可用于高濃度含汞廢水的有效處理，也可以用于低濃度含汞廢水的深度凈化。另外，由于這類脫汞吸附材料是由殼聚糖、黏土等自然資源原料制備而成，其生產(chǎn)成本相對較低，材料吸附飽和后可以脫附再生，重復使用性能好，廢水處理成本低。因此，有望成為一類新型的脫汞吸附材料被應用于含汞廢水的有效處理中。

新疆天業(yè)（集團）天能化工有限公司是一家擁有45萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置的氯堿企業(yè)，采用電石法工藝生產(chǎn)聚氯乙烯，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生含汞廢水。目前，該公司采用三段連續(xù)工藝含汞廢水處理技術(shù)，雖然能夠使處理后的含汞廢水達到排放要求，但采用該技術(shù)處理含汞廢水時，對過程控制、企業(yè)管理水平和員工素質(zhì)的要求均比較高。為應對國家日益嚴格的環(huán)保要求，公司考慮對含汞廢水進行深度處理，進一步降低廢水中的汞濃度。

為此，中科院新疆理化技術(shù)研究所與新疆天業(yè)（集團）天能化工有限公司合作，于2014年11月至2015年5月開展了運用PVA系列高效脫汞吸附劑對電石法PVC生產(chǎn)產(chǎn)生的含汞廢水進行深度處理的中試試驗研究，對PVA系列高效脫汞吸附劑在含汞廢水深度處理中的應用效果進行了評估。

2　中試試驗進水水質(zhì)

新疆天業(yè)（集團）天能化工有限公司采用常規(guī)的脫吸工藝結(jié)合深度脫吸工藝，形成含汞廢水封閉式循環(huán)系統(tǒng)，在深度脫吸后，將含微量氯化氫（質(zhì)量分數(shù)在1%以下）的廢水與含汞廢堿液進行中和處理得到含汞廢水。此次中試試驗研究中，含汞廢水的水質(zhì)情況見表1。

表1　含汞廢水水質(zhì)情況

3　含汞廢水吸附除汞工藝流程

此次中試試驗研究的處理對象是經(jīng)化學沉淀-絮凝工藝處理后的低濃度含汞廢水。廢水在進入吸附除汞裝置之前，先經(jīng)過濾裝置除去其中的懸浮物、膠體和大分子有機物，并在中間水箱中調(diào)節(jié)廢水的pH值，然后通過隔膜泵將其輸送進入吸附除汞裝置，工藝流程見圖1。

圖1　吸附除汞工藝流程圖

4　吸附除汞系統(tǒng)、裝置

此次中試試驗所搭建的吸附除汞工藝系統(tǒng)由原水箱、過濾裝置、中間水箱、隔膜泵、壓力表、吸附除汞系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)組成。其中，吸附除汞裝置由四級吸附柱依次串聯(lián)構(gòu)成。每級吸附柱均由吸附柱由圓柱形柱體、弧形頂蓋、弧形底蓋、篩網(wǎng)、上端多孔板、下端多孔板、填料進口、填料出口、進水管、出水管和排氣閥門組成，吸附柱內(nèi)自上而下依次為上充水區(qū)、吸附劑填料區(qū)和下充水區(qū)，弧形頂蓋和弧形底蓋與圓柱形柱體之間通過法蘭進行連接固定。吸附劑填料是中科院新疆理化技術(shù)研究所開發(fā)的高效脫汞吸附劑PVA10。

試驗過程中，各級吸附柱均采用下充水流過濾方式。含汞廢水首先進入各級吸附柱的下充水區(qū)，通過吸附柱下端的篩網(wǎng)和布漏板進入吸附劑填料區(qū)，在吸附劑填料區(qū)進行吸附除汞，然后通過吸附柱上端的篩網(wǎng)和布漏板進入吸附柱的上充水區(qū)，最后通過出水管排出。此次中試試驗中，整套吸附除汞裝置內(nèi)填充的高效脫汞吸附劑PVA10的總質(zhì)量為850 g，進水流量設(shè)定為0.03m3/h，系統(tǒng)含汞廢水處理能力為0.72m3/d。系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運行6個月，共處理含汞廢水129.60m3。

5　中試試驗運行數(shù)據(jù)總結(jié)及分析

此次中試試驗于2014年11月17日開始運行，截至2015年5月17日，系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運行6個月，運行過程中的部分檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2　含汞廢水深度處理中試試驗運行數(shù)據(jù)

從表2可以看出，在連續(xù)6個月的運行過程中，進水中汞濃度在5～100μg/L，經(jīng)吸附處理后，出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下，達到國家標準GB15581-95規(guī)定的排放要求。采用該吸附除汞工藝系統(tǒng)處理較低濃度含汞廢水，汞的去除效果好，可以達到80%以上；該高效脫汞吸附材料對汞的吸附容量大，在連續(xù)6個月的中試試驗運行過程中，尚未進行材料的更換和脫附再生；另外，該高效脫汞吸附材料對汞的吸附性能幾乎不受水體中高的鹽分、高的有機物含量的影響?？梢詫崿F(xiàn)對含汞廢水的連續(xù)、快速、深度處理，降低廢水處理成本，減少環(huán)境污染。采用吸附法對含汞廢水進行深度處理，工藝簡單、操作方便、出水水質(zhì)穩(wěn)定，不易造成二次污染。

6　結(jié)語

采用PVA系列高效脫汞吸附劑對含汞廢水進行深度處理，在連續(xù)6個月的中試試驗運行過程中，出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下，達到了國家規(guī)定的排放要求。該系列高效脫汞吸附材料的生產(chǎn)成本相對較低，吸附容量大，除汞效果好，材料吸附飽和后可以通過脫附重新恢復除汞能力，重復使用性能好。若配合適當?shù)难b置和工藝，該系列脫汞吸附材料將有望在含汞廢水深度處理領(lǐng)域得到推廣應用，可降低廢水處理成本，減少環(huán)境污染。

［1］萬雙秀，王俊東.汞對人體神經(jīng)的毒性及其危害.微量元素與健康研究，2005，22（2）：67-69.

［2］唐寧，柴立元，閔小波.含汞廢水處理技術(shù)的研究進展.工業(yè)水處理，2004，24（8）：5-8.

［3］袁笛，王瑩，李國宏，等.硅藻土吸附工業(yè)廢水中汞離子的研究.環(huán)境保護科學，2005，31：27-29.

［4］張啟偉，王桂仙.竹炭對含汞廢水吸附處理的研究.化學與生物工程，2008，25（1）：49-51.

［5］謝光勇，杜傳青.殼聚糖復合材料對廢水中汞離子的吸附.工業(yè)水處理，2009，29（5）：24-26.

［6］胡龍志，江暉，曾慶文，等.多孔吸附光催化復合材料的制備及其處理含汞廢水的研究.安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42（15）：4714-4717.

［7］王小昌，李國棟.電石法聚氯乙烯含汞廢水吸附除汞.聚氯乙烯，2012，40（4）：28-30.

［8］李全勝，王小昌.吸附法處理含汞廢水裝置運行小結(jié).聚氯乙烯，2013，41（11）：44-46.

［9］Xiaohuan Wang，Wenye Deng，Yuyu Xie，et al.Selective removal of mercury ions using a chitosan-poly（vinyl alcohol）hydrogel adsorbentwiththree-dimensionalnetworkstructure.Chemical Engineering Journal，2013，228：232-242.

［10］Xiaohuan Wang，Li Yang，Junping Zhang，et al.Preparation and characterizationofchitosan-poly（vinylalcohol）/bentonite nanocomposites for adsorption of Hg（II）Ions.Chemical Engineering Journal，2014，251：404-412.

［11］Xiaohuan Wang，Ruzhong Sun，Chuanyi Wang，pH dependence and thermodynamics of Hg（II）adsorption onto chitosan-poly（vinyl alcohol）hydrogel adsorbent.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2014，441：51-58.

［12］王曉煥，王傳義.一種汞離子吸附劑.中國，ZL201110213421.9. 2011.07.28

［13］王曉煥，王傳義.一種復合型汞離子吸附劑及制備方法.中國，ZL201110326390.8.2011.10.25.

［14］王曉煥.一種利用脫汞吸附材料處理含汞廢水的方法.中國，201410592365.8.2014.10.28.

［15］王曉煥.一種基于脫汞吸附材料的動態(tài)連續(xù)式含汞廢水處理方法.中國，201410746857.8.2014.12.09.

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

王曉煥（1979—），女，副研究員，中科院新疆理化技術(shù)研究所，主要從事重金屬特效吸附材料的設(shè)計、合成及應用研究工作。