含重金屬酸性廢水處理方法
有色金屬行業在金屬礦山開采、選礦、冶煉等過程中會產生pH較低且含有重金屬的酸性廢水，如不經處理，會腐蝕下水管道、水工構筑物等基礎設施，且其中的重金屬會嚴重污染地表水、地下水或土壤，影響動植物的生長繁殖和農作物生長，對環境質量和人體健康造成巨大的危害。此類廢水已引起各國研究者的廣泛關注。
常用的含重金屬酸性廢水的處理方法主要有三類：（1）將廢水中的重金屬離子通過化學反應而除去的方法。包括化學沉淀法、氧化還原法、高分子重金屬捕集劑法等；（2）在不改變重金屬化學形態的前提下，利用吸附、離子交換、膜分離等方法對重金屬進行吸附、濃縮和分離等，將其從水體中去除；（3）利用藻類、真菌及細菌等通過生物絮凝、生物吸附、植物吸收等方法去除廢水中的重金屬。其中，化學沉淀法是目前最有效且應用最廣的一種去除重金屬的方法。
我國某有色金屬冶煉企業在其生產過程中產生了大量的含重金屬酸性廢水，經過其廠內現有工藝處理后，出水水質可以達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）中的二級標準要求，但不能滿足《銅、鈷、鎳工業污染物排放標準》（GB25476—2010）的要求，必須將現有工藝進行改進或采用新工藝對重金屬酸性廢水進行深度處理。鑒于該企業在采選礦過程中產生了大量含CaO和MgO等堿性物質的尾礦砂，本研究本著“經濟合理”和“以廢治廢”的原則，主要應用化學沉淀法的原理，探討了充分利用堿性尾礦砂漿的“中和-硫化-混凝”工藝處理含重金屬酸性廢水的可行性。
1材料與方法
1.1試驗材料
儀器：iCAP-6000型電感耦合等離子體光譜儀（ICP－OES），賽默飛世爾科技元素分析部；SG2型pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；78HW-1型恒溫磁力攪拌器，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。
試劑：硫化鈉、硫酸亞鐵、聚丙烯酰胺等，均為分析純。
試驗所用水樣采用實驗室配水。廢水水質：總鎳1.84mg/L，總銅3.09mg/L，總鉛3.36mg/L，總砷24.46mg/L，總鎘0.46mg/L，CODCr290mg/L，pH1.06。
尾礦砂漿取自該企業的尾礦庫中，含水率為68%，其主要成分（以質量分數計）：CaO3.31%，MgO30.2%，SiO237.19%，Al2O32.14%，Fe2O311.12%，Ni0.21%，Cu0.28%，As＜0.01%。
1.2試驗方法
1.2.1尾礦砂漿與含重金屬酸性廢水單純混合工藝
將含重金屬酸性廢水與尾礦砂漿按一定比例混合，控制攪拌速度為100r/min，反應5min后，對水樣進行分析。
1.2.2中和-硫化-混凝處理工藝
（1）中和過程。將尾礦砂漿與含重金屬酸性廢水按比例混合，攪拌5min。
（2）硫化反應。向中和反應后溶液中加入硫化鈉溶液，在攪拌速度為100r/min下反應一定時間。
（3）混凝反應。向硫化反應后溶液中投加硫酸亞鐵溶液，在攪拌速度為100r/min下反應一定時間。為加速絮體絮凝，向混合液中加入5mL質量分數為0.1%的聚丙烯酰胺溶液，放置5min后取樣分析。
2結果與討論
2.1尾礦砂漿對廢水的處理效果
尾礦砂漿中含有的MgO和CaO等物質，不但可以中和廢水中的部分酸性物質，同時也可以與重金屬離子反應生成沉淀；另外，尾礦砂漿成分復雜，粒徑較小，且MgO會與溶液中的物質經化學反應生成具有良好吸附性能的Mg（OH）2，因此也可通過吸附作用除去部分的重金屬。
為考察尾礦砂漿對廢水的處理效果，在不添加任何水處理藥劑的條件下，僅將尾礦砂漿與廢水按照泥水比（質量比，下同）8∶1、10∶1、12∶1、14∶1的比例混合。尾礦砂漿對廢水的處理效果如表1所示。
由于該公司尾礦砂漿與含重金屬酸性廢水的排放質量比最高為14∶1，因此本研究沒有繼續增大泥水比進行試驗。試驗結果表明，尾礦砂漿與廢水的單純混合反應對于廢水中重金屬的去除和酸度的中和有一定的效果，但對比《銅、鈷、鎳工業污染物排放標準》（GB25476—2010），除出水總鉛和總銅達到排放要求外，其余污染物不能達標，說明單純使用尾礦砂漿處理含重金屬酸性廢水不能滿足處理要求。
2.2“中和-硫化-混凝”工藝對廢水的處理效果
尾礦砂漿與含重金屬酸性廢水單純混合工藝雖然可使廢水中的重金屬離子得到很大程度地降低，但出水水質仍不能達標。在此工藝基礎上，考慮到金屬硫化物是比氫氧化物溶度積更小的一類難溶沉淀物，并且幾乎不受pH的影響，本研究擬在中和反應后投加硫化鈉，以進一步去除剩余的重金屬。主要反應如下：
Na2S+H2SO4→Na2SO4+H2S↑（1）
2Mn++nS2-→M2Sn↓（2）
2HAsO2+3H2S→As2S3↓+4H2O（3）
3Na2S+2H3AsO3→As2S3↓+6NaOH（4）
由于As2S3的溶度積不是很小，并且硫化物沉淀顆粒較小，容易形成膠體而不易分離，因此還需輔助混凝法處理。硫酸亞鐵是一種常用的混凝劑，具有還原作用，在空氣作為氧化劑的條件下，硫酸亞鐵會與氧氣和水反應生成Fe（OH）3。Fe（OH）3是一種膠狀物質，能吸附水中的重金屬氫氧化物沉淀和不溶性鹽類等雜質懸浮物而共沉淀，其形成的絮體顆粒大，污泥體積小且密實。當pH達到一定高度時，鐵的氫氧化物還會與廢水中的AsO33-和AsO43-形成穩定的絡合物，并被Fe（OH）3膠體吸附共沉。故本研究采用硫酸亞鐵作為混凝劑。
2.2.1多指標正交試驗
基于上述試驗結果和理論分析，選用L16（45）正交表安排試驗，對影響因素進行分析。正交試驗的因素水平和正交試驗結果見表2和表3。
依據表3的試驗結果進行計算，得出“中和-硫化-混凝”工藝處理含重金屬酸性廢水的重金屬去除率均達到99%以上，16組試驗出水重金屬含量均低于《銅、鈷、鎳工業污染物排放標準》的要求，且pH均處在6~9的區間內，滿足排放要求。
表3正交試驗方案及試驗結果
2.2.2綜合平衡法結果分析
為得到因素的主次關系和最優組合條件，本研究采用綜合平衡法對正交試驗結果進行直觀分析（計算過程及結果未予詳細列出，計算方法見參考文獻。綜合考慮計算得出的極差和指標的重要程度，最終選擇因素的主次順序為：泥水比>硫化反應時間>硫化鈉投加量>混凝反應時間>FeSO4投加量。綜合考慮指標的重要性和經濟性等因素，得到最優組合條件為A1B3C2D3E4，即泥水比為14∶1，5%硫化鈉投加量為20mL，硫化反應時間為20min，5%FeSO4與廢水投加體積比為0.05，混凝反應時間為30min。
3結論
（1）尾礦砂漿與含重金屬酸性廢水單純混合工藝能夠去除一定量的重金屬并中和部分酸，但去除能力有限，無法使出水重金屬達到《銅、鈷、鎳工業污染物排放標準》（GB25476—2010）的要求。
（2）“中和-硫化-混凝”工藝對于含重金屬酸性廢水有較好的處理效果，對鎳、銅、鉛、砷、鎘5種重金屬的去除率均在99%以上，出水重金屬和pH均達到排放標準要求。通過正交試驗并經綜合平衡法對試驗結果進行分析，綜合考慮，該工藝最優組合條件：泥水比14∶1，5%硫化鈉投加量20mL/L，硫化反應時間20min，5%FeSO4與廢水投加體積比0.05，混凝反應時間30min。
（3）“中和-硫化-混凝”工藝極大限度地應用了采選礦過程中產生的廢物“尾礦砂漿”，達到以廢治廢的目的，可為該企業節約可觀的經濟成本。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
