納米零價(jià)鐵處理重金屬污水的試驗(yàn)研究

張宏偉，楊洪才，岳 智

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

某公司擬1 座投資新建的污水處理廠。 該廠接納的污水為經(jīng)企業(yè)處理后滿足《銅、鈷、鎳工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25467-2010)、《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25466—2010)、《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30770—2014)3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中最高排放限值要求的出水。該污水中含有汞、烷基汞、鎘、砷、鉛、鉻等多種重金屬。為使該廠出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物排放限值要求，需尋求一種穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的污水處理工藝。本文提出采用納米零價(jià)鐵工藝處理重金屬污水的方法，并通過試驗(yàn)對其效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

納米零價(jià)鐵因具有獨(dú)特的還原能力及表面化學(xué)活性而逐步應(yīng)用于重金屬污水的處理中。 其對重金屬及砷的去除主要利用高活性的納米零價(jià)鐵對重金屬及砷的氧化、還原反應(yīng)以及吸附作用來實(shí)現(xiàn)，對水中砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅、汞等均有良好的去除效果。

納米零價(jià)鐵工藝處理重金屬污水的優(yōu)勢在于：1）納米零價(jià)鐵比表面積大，吸附、處理容量是普通材料的10~1 000 倍。2）反應(yīng)速率高，時(shí)間短。其反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于普通藥劑。 3）沉淀的污泥量較傳統(tǒng)工藝降低80%以上，污泥中雜質(zhì)少。

本文擬通過對該廠所接納的污水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小試，驗(yàn)證納米零價(jià)鐵工藝處理該污水的技術(shù)可行性。

2 實(shí)驗(yàn)室小試

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

取模擬水樣A6#、B5#、C1#、D2#、E7# 等，按照1∶1 比例混合后作為試驗(yàn)進(jìn)水，詳見表1。

表1 小試進(jìn)水水質(zhì) mg/L

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過納米零價(jià)鐵工藝對該污水的處理，小試出水水質(zhì)與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求的對照見表2。

表2 小試出水水質(zhì) mg/L

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

表2 數(shù)據(jù)表明，納米零價(jià)鐵工藝對污水中的汞、鎘、砷、鉛、總鉻、六價(jià)鉻等重金屬具有良好的去除效果，出水可完全達(dá)到并優(yōu)于國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002） 一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值要求，技術(shù)可行。為進(jìn)一步驗(yàn)證處理效果，擬繼續(xù)進(jìn)行中試，同時(shí)優(yōu)化試驗(yàn)條件為污水處理工程設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 中試試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工藝流程

試驗(yàn)工藝流程見圖1。

圖1 中試工藝流程

污水進(jìn)入納米零價(jià)鐵處理系統(tǒng)， 加入納米零價(jià)鐵在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行還原、吸附、共沉淀等作用，有效地去除污水中的汞、鎘、砷、鉛、總鉻、六價(jià)鉻等污染物。清液后續(xù)進(jìn)入COF 處理系統(tǒng)， 加入PFS、PAM 等藥劑進(jìn)行催化耦合絮凝反應(yīng)，并沉淀分離，沉淀出水進(jìn)入濾池，去除微量的懸浮物，最后出水重金屬指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.2 試驗(yàn)條件

1）水樣。 試驗(yàn)采用兩種水樣：1# 水樣為企業(yè)重金屬污水，按照1∶1 比例混合后作為中試進(jìn)水；2# 水樣為企業(yè)重金屬污水經(jīng)處理后的出水， 按照1∶1 比例混合后作為中試進(jìn)水。

2）試驗(yàn)地點(diǎn)為類似工業(yè)園區(qū)污水處理管理站。

3）試驗(yàn)水量為30~40 L/h，運(yùn)行時(shí)間為8~10 h/d。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3.1 1#水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1#水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)見表3。

表3 1# 水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)

由表3 知， 以企業(yè)車間生產(chǎn)污水水混合液作為中試進(jìn)水，處理后出水重金屬可完全達(dá)到且優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值。

3.3.2 2#水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2#水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)見表4。

表4 2# 水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)

如表4 中數(shù)據(jù)所示， 企業(yè)外排水中重金屬含量較低。經(jīng)納米零價(jià)鐵工藝處理后，出水中重金屬含量進(jìn)一步下降80%以上， 出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.4 污泥量分析

為掌握工藝產(chǎn)泥量及污泥的沉降性能， 使用容器稱取每日沉淀池污泥量，并用100 mL 量筒測算泥渣的30 min 沉降指數(shù)SVI30，數(shù)據(jù)記錄如表5 所示。

表5 每日水樣處理后產(chǎn)泥量及污泥性能

如表5 所示，在污泥量低時(shí)，污泥的沉降性能良好，SVI30在0.9%~2.5%之間， 表明經(jīng)工藝處理后產(chǎn)生的泥渣容易脫水，這也是該工藝產(chǎn)泥量小的原因。試驗(yàn)每日運(yùn)行5 h（處理量0.5 m3），每噸污水產(chǎn)泥量在0.2~1.0 kg。

3.5 納米零價(jià)鐵藥劑消耗

（1）pH 控制。 根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，混合污水pH在1.9 左右， 需要對原水進(jìn)行pH 調(diào)節(jié)， 將原水pH從1.9 調(diào)至8~9。通過反應(yīng)，銅、鋅等重金屬部分會以氫氧化物的形式沉淀到泥渣中。

（2）曝氣量的控制。 由于底泥中含鐵量較大，考慮鐵鹽氫氧化物的脫水性，需將鐵鹽全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)氫氧化物。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，考慮氧化氣量和攪拌效果，氣水比按10∶1 控制。

（3）納米零價(jià)鐵試劑投加量。 1）1#水樣，其納米零價(jià)鐵加藥量與重金屬去除率的關(guān)系見圖2。

圖2 試劑投加量對未處理原水中重金屬去除率的影響

從圖2 中可以看出，對于鉛來說，投加量1 g/L（稀釋后）左右時(shí)，鉛的去除率接近100%，而對于砷來說，投加量在1.5 g/L（稀釋后）時(shí)，其去除率才接近100%。 結(jié)果表明，對于不同種重金屬，所需加藥量也是不同的。為了更好地去除重金屬，所選加藥量控制在1.5~2 g/L（稀釋后）。

2）對于2#水樣，納米零價(jià)鐵加藥量與重金屬去除率的關(guān)系見圖3。

圖3 納米零價(jià)鐵藥劑投加量對已經(jīng)處理的原水中重金屬去除率的影響

2# 水樣所含重金屬含量很低，因而藥劑投加量也相對較低。 在投加量為1 g/L（稀釋后）時(shí)，砷、鉛的去除率均接近100%，選用投加量1 g/L（稀釋后）是最佳的。

4 結(jié)論

小試及中試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果說明， 控制pH 值8~9、曝氣量10:1、反應(yīng)時(shí)間不低于0.5 h、投加藥劑1~2 g/L 的條件下，試驗(yàn)水樣通過納米零價(jià)鐵工藝處理后出水重金屬均可100%達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002） 一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值要求。