可溶劑去除水中懸浮重金屬的試驗研究

杜國強，尹婷婷，候健衛(wèi)

（1寶山鋼鐵股份有限公司 冷軋廠，上海201900；2寶武集團中央研究院 能源與環(huán)境研究所，上海201900）

1 前言

重金屬是指比重＞5的金屬（一般來講密度＞4.5 g/cm3的金屬），包括Au、Ag、Cu、Fe、Pb等。重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒。在環(huán)境污染方面所說的重金屬主要是指錳、鎘、鉛、鉻、鐵以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬［1］懸浮物是鋼鐵企業(yè)廢水中常見的污染物質(zhì)，與有機污染物不同，重金屬懸浮物不能通過降解過程分解。經(jīng)過長期積累，大量重金屬懸浮物沉積在管路內(nèi)壁及管路設(shè)備上，導(dǎo)致?lián)Q熱器等設(shè)備的工作效率受到影響。為消除依附在管路設(shè)備中的重金屬雜質(zhì)，機組在每次定修時均需排空進行清掃，但依舊很難徹底清掃雜質(zhì)，設(shè)備開機后容易在帶鋼表面形成小黑點缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

目前重金屬懸浮物的去除方法主要分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法是在盡量不改變重金屬化學(xué)性質(zhì)和形態(tài)的前提下而進行的離心、過濾、吸附［2］、分離的方法，這一類的方法具體有吸附、萃取、離子交換［3］和膜分離等。化學(xué)法是將重金屬離子與藥劑或吸附材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或使重金屬沉積而被除去的方法，這一類的方法有中和沉淀法、電滲析法、硫化物沉淀法、氧化還原法、微電解內(nèi)電解等。生物法則是借助微生物或植物本身的性質(zhì)，加上絮凝、富集等生物作用去除重金屬離子的方法，這一類的方法有生物絮凝法［4］、生物吸附法［5］、生物化學(xué)法以及植物修復(fù)法等。

可溶劑可使水體中析出的C、Mn和Fe等懸浮金屬離子或復(fù)合金屬氧化物顆粒溶化，從而減少重金屬雜質(zhì)在設(shè)備及系統(tǒng)中的沉積，屬于化學(xué)方法去除金屬顆粒污染物。本研究通過添加可溶劑來觀測水體中溶解態(tài)金屬離子的含量變化，在此基礎(chǔ)上對可溶劑對淬水槽中重金屬懸浮物的溶解性能進行評估；同時，對在0.1%～2.5%范圍內(nèi)不同梯度可溶劑使用濃度下的溶解性能進行試驗，找出最適宜、最經(jīng)濟的使用濃度。

2 試驗用水與方法

試驗用水采用寶鋼某冷軋機組的淬水槽循環(huán)水，pH值7.56，電導(dǎo)率14.46μS/cm，水中金屬離子的總量及溶解量見表1。由表1可以看出，該廢水中重金屬以Mn、Fe含量最高，并且其中大部分以固體顆粒形態(tài)存在。通過相關(guān)檢測設(shè)備對試驗用水中的臟污顆粒進行粒度測試與分析，結(jié)果見圖1。

表1 試驗用水中金屬離子的總量及溶解量

圖1 試驗水臟污顆粒粒度分布

從圖1中可以看出，試驗用水臟污顆粒的粒度范圍為0.02～2 000μm，其中粒度在2.062～87.671 μm區(qū)間的顆粒占主要臟污顆?？傮w積的90%以上，體積平均粒徑為32.627μm。

分別取1 000 mL試驗水樣于6個1 000 mL的大燒杯中，其中1杯為原液，另外5杯加入可溶劑，調(diào)整藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，與原液混勻后，取出水樣，加入硝酸進行消解后，測定水中的總金屬含量。然后再取加入可溶劑的5個燒杯中的上清液，使用0.45μm濾膜將上清液進行過濾，收集濾液用于分析水中溶解態(tài)的金屬含量。試驗過程中，水溫基本穩(wěn)定在15～25℃的室溫范圍內(nèi)。

3 試驗結(jié)果與討論

為驗證可溶劑對淬槽水中金屬離子的溶解作用，對比分析了不添加可溶劑的試驗水樣中總的金屬離子含量（水樣用硝酸消解后測量）和添加水溶劑后溶解態(tài)（水樣用0.45μm膜過濾后測量）的金屬離子含量。分析數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥劑對金屬離子的溶解情況

由表2可知，試驗水樣中含量相對較高的幾種金屬離子中，Mn部分為溶解態(tài)、部分為非溶解態(tài)，Al和Fe幾乎全部為非溶解態(tài)，Ca絕大部分為溶解態(tài)。當(dāng)在水樣中添加可溶劑后，溶解態(tài)的Mn從1.4 mg/L增加至3 mg/L左右，說明該可溶劑對Mn的溶解性有很好的改善作用，但是沒有被可溶劑溶解的非溶解態(tài)Mn，并不隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加使得Mn溶解量進一步增加。相比較而言，在2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的可溶劑作用下時，Mn的溶解量最多。添加可溶劑對水樣中的Al有部分溶解，尤其當(dāng)水溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時，超過一半的Al在該質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶劑作用下溶解，Al溶解的效果達到最好。表2中數(shù)據(jù)表明水溶劑對Fe的溶解作用不明顯。

進一步分析表2可知，添加可溶劑后水樣pH值上升0.5左右，但是隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水樣pH值的變化并不明顯。原先未添加可溶劑時水樣的電導(dǎo)率大致在10～20μS/cm，但是添加可溶劑后水樣的電導(dǎo)率顯著升高。進一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的可溶劑時，水樣的電導(dǎo)率已經(jīng)上升到1 090μS/cm，并且隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水樣電導(dǎo)率幾乎呈線性關(guān)系升高（見圖2）。

4 結(jié)論

4.1 可溶劑的使用，對水樣中Mn有相對較好的溶解性，并且當(dāng)添加2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的可溶劑時可以使Mn的溶解性能達到最佳狀態(tài)，但是隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Mn的溶解性能并沒有呈現(xiàn)逐步增加的趨勢；可溶劑的添加對水樣中的Al也有部分的溶解；對Fe的溶解作用不明顯。

4.2 可溶劑對水樣的pH值影響不明顯，但對水樣的電導(dǎo)率有顯著的影響，隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加水樣電導(dǎo)率呈線性升高的趨勢。