干貨 | 重金屬廢水處理的方案比較研究
冶煉行業產生的廢水多為強酸性(pH = 2. 5 左右)和Pb2 + 、Cd2 +、Cu2 + 和Zn2 + 等含量高的重金屬廢水。傳統的處理方法主要是化學沉淀法和吸附法。研究表明，采用生物處理和其他物理化學方法(如電化學、膜分離、離子交換等)由于成本高、反應條件要求苛刻等原因，實際上難以得到推廣應用。本文針對某冶煉廠重金屬廢水，著重對硫化物沉淀法、石灰中和沉淀法和鐵氧體法等3 種化學處理方法進行比較討論。
1 工藝概況
1.1 中和沉淀法：中和沉淀法是在含有重金屬的廢水中加入堿進行中和反應使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式加以分離。實際廢水處理中應注意以下3 方面問題：!重金屬廢水經中和沉淀處理后廢水pH值較高，需經過處理才能排放;"實際廢水中重金屬離子幾乎不能單獨存在，常常是多種重金屬離子共存，當廢水中含有鋅、鉛、鉻、錫、鋁等兩性金屬時，在高pH 值時有再溶解傾向，處理操作時必須嚴格控制pH值，實行分段沉淀法;#溶液中共存的鹵素、氰根、腐植酸、腐植質等可以和重金屬離子形成絡和物，對中和法有較大影響，有時甚至不形成沉淀，中和之前要進行預處理;$有些沉淀顆粒細小，不易沉降，時常需加入絮凝劑協助沉淀生成，在實際操作中也應用晶種循環法使沉淀晶體結實粒大，便于沉降。
1.2 硫化物沉淀法：硫化物沉淀法(亦稱硫化法)的沉淀機理是：廢水中的重金屬離子與S2 - 結合生成溶解度很小的鹽，在水中以沉淀形式出現。硫化物沉淀的溶度積常數一般比氫氧化物沉淀的溶度積大幾個數量級，因此硫化物沉淀操作中只需加入少量的沉淀劑即可使廢水中重金屬離子達到排放標準。硫化物沉淀法操作中應該注意以下幾個方面：!硫化物沉淀一般比較細小，易形成膠體，為便于分離應加入高分子絮凝劑協助沉淀沉降;"硫化物沉淀中沉淀劑會在水中部分殘留，殘留沉淀劑也是一種污染物，會產生惡臭等，而且S2 - 遇到酸性環境時產生有害氣體H2S，將會形成二次污染。
1.3 鐵氧體法：鐵氧體是由鐵離子、氧離子及其他金屬離子組成的復合氧化物，是一種磁性半導體。在化學沉淀法處理廢水中，鐵氧體沉淀法是使廢水中的各種金屬離子形成鐵氧體晶粒一起沉淀析出，從而使廢水得到凈化，表1 列出了鐵氧體法對重金屬離子的去除效果。利用鐵氧體法處理重金屬廢水，其反應可由下式表示：
鐵氧體法工藝流程技術關鍵在于：1)Fe3 + I Fe2 + = 2 I 1，因此，Fe2 + 的加入量，應是廢水中除鐵以外各種重金屬離子當量數的2 倍或2 倍以上;2)NaOH 或其堿的投入量應等于廢水中所含酸根的0. 9 ~ 1. 2倍濃度;#堿化后應立即通蒸汽加熱，加熱至60 ~ 70 C或更高溫度;$在一定溫度下，通入空氣氧化并進行攪拌，待氧化完成后再分離出鐵氧體。
2 處理方案的要求
廢水處理工藝流程是指對廢水處理所采用的一系列處理單元的組合形式。其最主要的依據是原廢水的水質，處理應達到的程度與其他自然條件等。一般來說，廢水處理工藝流程的選擇應當主要考慮以下條件：(1)原廢水水質：廢水的酸堿性、重金屬含量的大小以及重金屬的種類都會對廢水處理時發生的反應造成影響。(2)廢水的處理程度：確定處理程度是比較復雜的，要考慮的因素很多。主要是受納水體的功能、水環境質量要求，污染狀況與自凈能力，以及處理后的廢水是否回用等。(3)對特定的廢水，有可能采用多種工藝流程使其滿足應達到的處理程度。這時處理系統的工程造價與運行費用的高低就成為工藝流程選擇的重要因素。一般來說，應以原廢水水質、水量與其他自然條件作為原始條件，以要求的處理水水質作為約束條件，以處理系統最低的費用為目標函數，力求基建費用最低、能耗最省、運行成本最低為目標。(4)二次污染與雜質引入，也是影響廢水處理工藝流程選擇的重要因素之一。(5)廢水水量及其變化動態除了廢水水質外，廢水水量變化幅度的大小也是工藝流程選擇應考慮的問題，尤其是在選擇外處理構筑物類型應予以充分注意。此外，資金籌措情況、可利用的地區面積、當地的自然條件，特別是污泥處理與利用問題等，也是工藝流程選擇不可忽視的因素。
3 方案比較
冶煉廢水多為強酸性廢水，且重金屬含量高，因此在廢水處理過程中，pH 控制條件都較為嚴格。若采用硫化物沉淀法，S2 - 能有效除去金屬離子，但水解產生H2S，在一定pH條件下會揮發逸出，惡臭難聞且二次污染嚴重。近10 年發展起來的鐵氧體法是一種新型處理污水的方法。它的處理流程簡單，可以回收鐵氧體;但它需要很大的能量消耗，硫酸亞鐵的價格又貴，且它的設備大都是國外進口，對于設備的安裝、調試、運行管理都需要大量的人力物力，從經濟效益方面考慮是較難接受的。另一種方案石灰中和沉淀法，生石灰投入水中形成Ca(OH)2，能夠使水中的Cu、Pb、Zn 沉淀，但引入的Ca2 + 可能引起水質硬化，且在多種金屬共存的情況下沉淀作用可能會因彼此相互作用而削弱。對3 種方法綜合比較(表2)可以看出：只要嚴格控制pH，防止水質硬化，同時注意共沉劑的使用，阻止沉淀削弱，實現共沉淀，則石灰中和沉淀法不失為一種操作性較強的處理方法。
4 結論
通過對3 種方法的比較，可以看出，目前采用石灰中和沉淀法是一種經濟可行的方法。該工藝流程具有工藝成熟，處理效果好，中和沉淀劑(石灰)的來源廣泛，價格低廉等優點，出水水質能達到國家三級排放標準。經過進一步的水質水量調節后，可以使處理后的凈化水達到工業用水的標準，從而實現凈化水回用，降低對用水量的需求。該方法能有效地去除Pb2 + 、Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 等重金屬離子，可以較大程度地減少附近河流的重金屬污染，環境效益顯著。