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含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與回收利用研究現(xiàn)狀

文檔作者：曾媛，趙俊學(xué)，馬紅周，李菲，李小明文檔來源：西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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第29卷第4期(總第116期)
2010年12月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．29 NO．4(Sum．116)
Dec．2010
含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與
回收利用研究現(xiàn)狀
曾媛，趙俊學(xué)，馬紅周，李菲，李小明
(西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院，陜西西安710055)
摘要：介紹了含重金屬酸洗漂洗廢水的來源、組成及危害；分析了目前國內(nèi)外治理酸洗廢水常用方法、原理及
優(yōu)缺點；從資源化與綜合利用角度考慮，指出重金屬酸洗漂洗廢水處理新技術(shù)研發(fā)中需著重解決的問題，即回
收有價金屬。實現(xiàn)工業(yè)廢水內(nèi)部循環(huán)，達到減排或零排放。
關(guān)鍵詞：重金屬離子；酸洗漂洗廢水；資源化；回收利用
中圖分類號：X756 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—2617(2010)04—0238—04
為改善產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)或?qū)χ萍砻孢M行加工處理，
在酸洗、電鍍、化工等行業(yè)廣泛采用(強)酸作清洗劑或腐
蝕劑，如金屬(包括黑色金屬和有色金屬)制品加工業(yè)需
要用大量的酸進行表面清洗或腐蝕處理。清洗或腐蝕工
序之后，必須用清水對產(chǎn)品和設(shè)備進行漂洗，因而產(chǎn)生廢
酸液和酸洗廢水。廢酸液酸濃度較高，可回收酸；而酸洗
沖洗水酸濃度較低，但含有大量重金屬離子，包括Fe3十、
Cr6+、Cr3+、Ni2+、Cu2+、Mn2+、Cd什等，這類廢水濃度
超過規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
酸洗漂洗廢水pH一般在1～3之間，色度較深；生產(chǎn)
過程中一般連續(xù)排放，且排量較大。這些廢水排入水體
后，其中的金屬離子或它們的化合物被水生生物吸收，并
逐步在人類食物鏈中富集和累積，引起一系列危害。大
量重金屬離子的排放不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且還
會浪費資源。因此，研究酸洗漂洗廢水資源化、提取廢水
中有價金屬具有重要意義[1]。
1中和沉淀法
早期對于酸質(zhì)量濃度10 g／L以下的酸性工業(yè)廢水一
般采用化學(xué)中和法處理，如：酸堿中和法、投藥中和法等。
這2種方法的原理和優(yōu)缺點見表1。
表1 處理酸洗廢水的中和沉淀法的特點
目前，國內(nèi)外處理酸性廢水最常用的是石灰中和法，
即向廢水中添加消石灰，使廢水pH達到5．6～6．5之間，
重金屬離子以鹽、絡(luò)合物形式進入污泥中，經(jīng)脫水、壓濾
后送至填埋，濾液達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。
李強等‘21研究了某特殊鋼企業(yè)的軋鋼硫酸酸洗漂洗
廢水的CaO二次中和，處理工藝主要包括一次中和、二次
中和、曝氣、絮凝等幾個步驟，對Fe2+含量較低的硫酸漂
洗廢水進行有效處理。添加適量堿和絮凝劑，經(jīng)過一定
時間的曝氣，處理后的水中Fe2十質(zhì)量濃度最低可到6×
10一mol／L，水質(zhì)穩(wěn)定，達回用標(biāo)準(zhǔn)。其特點是試劑、運行
收稿日期：2010—04—11
作者簡介：曾嬡(1986一)，女，湖北武漢人．碩士研究生，主要研究方向為冶金資源綜合利用。
聯(lián)系人：趙俊學(xué)(1962一)，男，山西萬榮人，博士，教授，主要研究方向為鋼鐵冶金工藝優(yōu)化和資源綜合利用。
萬方數(shù)據(jù)
第29卷第4期曾嬡，等：含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與回收利用研究現(xiàn)狀·239·
成本低、離子去除徹底，出水可完全達到一般工業(yè)用水或
廠區(qū)其他低標(biāo)準(zhǔn)用水的要求。
1997年，上海滬昌鋼鐵有限公司一軋廠采用電石渣
處理酸洗廢水。該方法具有中和反應(yīng)的易控制、產(chǎn)生的
沉淀物固液分離性能好、易脫水等優(yōu)點，中和后的廢水經(jīng)
“戈爾”薄膜液體過濾器表面過濾，懸浮物和重金屬離子
去除率高，出水質(zhì)量好。22個月的運行結(jié)果表明，工藝運
行費用低，占地面積小，解決了酸洗廢水pH值偏低、金屆
離子去除及懸浮物超標(biāo)等問題，處理后的廢水全部返回
循環(huán)使用，COD、ΣCr、Mn、Ni等去除率均達95％以
上Ⅲ。
中和法簡便易行，但也存在一些問題：不易控制。廢
水處理量不大；廢水中的酸、水、Fe、Cr、Ni、Cu等金屬未
能回收；污泥填埋滲濾液仍含有大量污染物，且處理過程
中產(chǎn)生氣體，易引起二次污染；污泥量大，剩下的鹽類殘
渣處理困難，成本較高。這些問題仍待解決。
2浮選法
浮選法就是首先向廢水中加壓溶氣，隨后讓含有過
飽和空氣的廢水突然降壓，使空氣產(chǎn)生微小氣泡從水中
逸出，污染物黏附于氣泡上浮至水面形成泡沫，去除泡沫
可達到凈化廢水的目的。
Venbakm C．Gopalratnam，et a1．[4]用十二烷基硫酸
鈉和十二酸混合物作捕收劑(物質(zhì)的量比2：3)，通過吸
附膠體浮選，成功地去除了電鍍廢水中的Cr3+、Ni2+、
Zn2+；J．Rubio，et a1．[陽用沸石細粉作重金屬離子的特種
吸附載體，用氫氧化鐵膠體作共沉淀劑，以浮選法去除廢
水中的微量銅、鋅、鎳離子，去除率在98％以上。
雖然浮選法有一定的實際價值，但浮選后仍會形成
污泥，重金屬雖被去除但難以回收，且出水pH在浮選過
程中無法調(diào)節(jié)，其應(yīng)用受到限制。
3 微生物法
利用微生物處理無機重金屬離子廢水，在國內(nèi)外雖
有些報道，但多集中于實驗室研究。生物法主要是依靠
人工培養(yǎng)的功能菌，利用微生物的靜電吸附作用、酶的催
化轉(zhuǎn)化作用、絡(luò)合作用、絮凝作用、共沉淀作用來去除廢
水中的重金屬離子。
R．S．Laxman，et a1．[6]研究發(fā)現(xiàn)，灰色鏈霉菌(Strep—
tomycesgriseus)能在24～48 h內(nèi)把Cr(Ⅵ)還原成Cr(111)
并顯著吸收Cr(Ⅲ)。葉錦韶等[71將菌株(R32)和復(fù)合菌
群(Fh01)2種生物吸附劑與活性污泥復(fù)合使用．考察了柱
式生物曝氣法對高濃度含鉻模擬水樣和含鉻電鍍廢水的
生物吸附效果。結(jié)果表明：這2種吸附劑性能都很穩(wěn)定；
R32對高濃度含鉻廢水處理效果好，F(xiàn)h01對低濃度、慢流
速含鉻廢水處理效率高；R32和Fh01串聯(lián)曝氣處理效果
更為理想，吸附2 h后，對總Cr的總?cè)コ蔬_94．O％。
生物處理法雖然可以利用自培養(yǎng)的耐酸菌種，適合
連續(xù)生產(chǎn)，成本較低，但對非連續(xù)生產(chǎn)的小企業(yè)，由于每
次生產(chǎn)都需要培養(yǎng)新的菌種，且功能菌的繁殖速度較慢，
多余菌需滅菌后才能回用，否則會對環(huán)境造成細菌性二
次污染；更為重要的是，重金屬實際上被當(dāng)作微生物的食
物源消耗掉，本質(zhì)上并無回收金屬的優(yōu)勢，所以，這種方
法推廣應(yīng)用價值不大。
4離子交換法
離子交換法是利用離子交換樹脂或離子交換纖維活
性基團上的可交換離子(H+、Na+、OH一等)與廢水中的
陰、陽離子交換，去除污染離子。樹脂的性能對重金屬離
子去除效果有較大影響。常用的離子交換樹脂有陽離子
交換樹脂、陰離子交換樹脂、鰲合樹脂和腐殖酸樹脂等。
陽離子交換樹脂由聚合體陰離子和可供交換的陽離子組
成，主要用于含Zn(11)、Cu(Ⅱ)、Ni(II)、Cr(Ⅵ)等重金
屬陽離子廢水的治理；陰離子交換樹脂是由高度聚合體
陽離子和可供交換的陰離子組成，主要用于去除廢水中
的各種陰離子。
Lobo-Recio，et a1．[8]研究了以離子交換法回收不銹
鋼酸洗漂洗廢水中的重金屬離子的可行性和動力學(xué)條
件，利用Amberlite IRl20型離子交換膜吸附廢水中的
鐵、鉻、鎳，氫氟酸和硝酸濃縮后返回利用。結(jié)果表明：用
該法分離提取廢水中的重金屬完全可行，而且效果良好；
Amberlite IRl20離子交換膜耐酸性強，運行穩(wěn)定。蘇暉
等‘9 3研究了用離子交換法處理含釩電鍍漂洗廢水，同時
進行了樹脂的洗脫試驗。將廢水依次通入2個陽離子交
換柱和2個陰離子交換柱，陽離子交換樹脂用硫酸再生，
陰離子交換樹脂用氫氧化鈉再生。陰柱洗脫液中釩含量
較高，可加硫酸亞鐵進行沉淀。
離子交換法處理低濃度重金屬廢水，出水水質(zhì)好，可
回收有用物質(zhì)，便于實現(xiàn)自動化。缺點是樹脂易被氧化
和被有機物污染，對預(yù)處理要求較高，且樹脂經(jīng)過7—8
次吸附之后吸附能力會降低，此時必須更換新樹脂，總成
本較高。
5 膜分離法
膜分離法是利用高分子所具有的選擇性分離物質(zhì)的
技術(shù)，包括電滲析、反滲透(R0)、膜萃取、納濾(NF)、超濾
萬方數(shù)據(jù)
·240· 濕法冶金2010年12月
(UF)等。
電滲析法是對廢水通以低壓直流電，使陰陽離子定
向運動并選擇性地透過陰、陽薄膜而將電解質(zhì)濃縮在一
定區(qū)域內(nèi)，另一些區(qū)域內(nèi)得到較純的水。該法是最為成
熟的膜技術(shù)之一，用此法處理含重金屬的工業(yè)廢水，處理
后廢水其他成分組成不變，有利于回收。反滲透是一種
借助選擇透過性膜的功能，以壓力差為推動力的膜分離
技術(shù)。在反滲透裝置中，當(dāng)系統(tǒng)中所施加的壓力大于滲
透壓時，水分子不斷地透過膜，經(jīng)過產(chǎn)水流道流人中心
管，在一端流出；進水中的其他物質(zhì)，如各種離子、有機物
和細菌等被截留在膜的進水側(cè)，在濃縮液的出水端流出，
從而實現(xiàn)廢水的凈化和濃縮。
膜分離技術(shù)的日趨成熟，使多種膜技術(shù)組合使用成
為可能。Burkhard Schmidt，et a1．D03開發(fā)了一套處理不
銹鋼酸洗沖洗水的組合工藝，其核心即膜分離法。先將
經(jīng)過預(yù)過濾的不銹鋼酸洗沖洗水透過反滲透膜，使廢水
分為濃縮相和滲透相，其中濃縮相為富集的酸，經(jīng)電滲析
后循環(huán)返回至酸洗段；滲透相經(jīng)過離子交換后，濃縮的金
屬經(jīng)脫附后回收凈化，廢水返回至沖洗段。張建龍等En3
采用超濾一反滲透組合工藝處理某公司鎳電鍍漂洗廢水。
系統(tǒng)由活性炭過濾器、孔徑50扯m的精密過濾器和UF膜
組成，運行效果良好，同時采用一級二段式反滲透膜將電
鍍廢水濃縮5倍，對鎳離子的截留率達99．9％以上，濃縮
液直接回用到電鍍鎳槽。整個系統(tǒng)的產(chǎn)水電導(dǎo)率維持在
15 uS／cm以下，可直接返回電鍍漂洗水槽重復(fù)使用。
以反滲透、納濾、電滲析等為主的膜分離技術(shù)在國外
許多企業(yè)已得到推廣和使用，但在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究
尚處于起步階段，且膜分離法工序復(fù)雜，成本較高，濃縮
比有限，膜的質(zhì)量有待提高，管理技術(shù)要求比較嚴(yán)格，因
此還需深入研究。
膜進入濃縮室。當(dāng)樹脂與溶液間界面擴散層中的極化發(fā)
展到一定程度，并且存在叔胺基團參與的可逆質(zhì)子化反
應(yīng)的催化作用時，水解離產(chǎn)生的H+和OH一除部分參與
負(fù)載電流外，其余對樹脂起再生作用，即“電再生”，從而
使離子交換、離子選擇性遷移、電再生3個過程相伴發(fā)
生。EDI獨特的水解離和電再生現(xiàn)象是其無需酸堿再生
而處理廢水的關(guān)鍵。
EDI技術(shù)主要用于超純水的制備，近幾年才開始用于
處理含重金屬離子廢水的研究。管山等[121采用一級兩
段混床EDI膜堆，以銅質(zhì)量濃度50 mg／L左右的模擬酸
性鍍銅漂洗廢水為原水，考察了電去離子(EDI)過程對酸
性鍍銅漂洗廢水的脫鹽和濃縮性能。結(jié)果表明：淡水電
導(dǎo)率小于1 tMS／cm，Cu2+脫除率大于99．9％；濃水Cu2+
質(zhì)量濃度可達1 000 mg／L。盧會霞等[13]人以低濃度含
鎳廢水為研究對象，對EDI設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造進行了適應(yīng)性
改進，研究了淡水室中填充樹脂的類型對EDI過程的影
響。結(jié)果表明：采用改進的EDI裝置處理低濃度重金屬
離子廢水，具有運行連續(xù)高效、穩(wěn)定等優(yōu)點，Ni2+質(zhì)量濃
度由進水的50 mg／L迅速降至0．1 mg／L以下，并一直穩(wěn)
定至試驗結(jié)束。
EDI技術(shù)近十年才開始在我國應(yīng)用，由于其在制備超
純水時的優(yōu)良效果而被應(yīng)用于處理低濃度重金屬離子廢
水領(lǐng)域。目前，采用EDI技術(shù)處理重金屬廢水的研究尚
處于起步階段，還不能滿足工程的需要，而水的解離也為
EDI的運行帶來負(fù)面影響，即水解離產(chǎn)生的0H一透過陰
膜進入濃室，在陰膜表面與濃縮液中富集的Ca2+、
M92+、HCOi-等相互結(jié)合而形成結(jié)垢，造成裝置出水水
質(zhì)下降，能耗增加，影響過程的長期穩(wěn)定運行。另外，EDI
對所處理的廢水進水濃度要求較高，需要經(jīng)過一定的預(yù)
處理使廢水濃度穩(wěn)定并低于其處理下限。
6 電去離子技術(shù)(EDI) 7結(jié)語
電去離子(Elecrtodeionziation，簡稱EDI)早期也稱為
填充床電滲析，是結(jié)合離子交換樹脂和離子交換膜，在直
流電場作用下實現(xiàn)去離子的一種新型分離技術(shù)。
以典型的混床EDI為例，在陰陽電極之間，交替排列
的陰陽離子交換膜構(gòu)成一系列淡化室與濃縮室，淡化室
內(nèi)填充離子交換樹脂混床。在直流電場作用下，淡化室
溶液中的陰陽離子分別向陽極和陰極遷移。所填充樹脂
的導(dǎo)電性遠高于與之接觸的溶液，所以從溶液到膜表面
的離子傳遞幾乎都是通過樹脂相來完成。離子首先通過
樹脂顆粒表面的擴散層進入樹脂相，然后在電場作用下
經(jīng)由樹脂顆粒構(gòu)成的離子傳輸通道遷移并透過離子交換
目前普遍認(rèn)為，單純的將含重金屬酸洗漂洗廢水當(dāng)
作廢水處理，不僅浪費資源，也不能徹底解決污染問題。
經(jīng)過10多年的研究，國內(nèi)對其綜合利用研究取得了明顯
成就，有些工程已投入生產(chǎn)運行，實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟效益
和環(huán)境效益，但有些還停留在試驗研究階段。由于近年
來這種廢水排放量劇增，且呈現(xiàn)環(huán)節(jié)多、成分復(fù)雜的特
點，這些工藝在實際運行中出現(xiàn)了處理成本高、運行不穩(wěn)
定等突出問題，所以在今后的研究與應(yīng)用中。以下一些問
題需要考慮和解決：含重金屬污泥的二次污染問題；離子
交換洗脫液及樹脂的再生問題；多功能組合方法和組合
裝置的研究與開發(fā)問題；現(xiàn)有酸洗工藝、電鍍工藝、清洗
萬方數(shù)據(jù)
第29卷第4期曾媛，等：含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與回收利用研究現(xiàn)狀·241·
========================================；===========一
工藝的改革問題。
含重金屬酸洗漂洗廢水的資源化和無害化處理，工
藝首先應(yīng)保證最大限度資源化，盡可能多地回收其中的
有價金屬和酸。
加大新技術(shù)開發(fā)力度，對原有工藝進行技術(shù)改造，以
適應(yīng)不同環(huán)境不同廢水的共同要求；開發(fā)既能回收重金
屬又能凈化廢水的綠色工藝，實現(xiàn)污染物的零排放。
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Treatment and Recycle of Heavy Metal Ions。containing
Pickling Rinse Wastewater
ZENG Yuan。ZHAO Jun-xue，MA Hong—zhou，LI Fei，LI Xiao-ming
(School of Metallurgical Engineering，Xi’an
Xi’an，Shaanxi
University of Architecture&amp;amp;Technology。
710055，China)
Abstract：The source，composition and harmful effects of pickling rinse wastewater containing heavy
metal ions are introduced．The present treatment technologies，principles，and advantages and disadvantages
of the technologies are analyzed．With the consideration of reclamation and comprehensive utilization’
some problems that should be considered with great concern in developing new techniques are put
forward，such aS recovering valuable metals，achieving interior circulation of industrial wastewater and
reaching the goal of reducing emission or zero—emission．
Key words：heavy metal ions；pickling rinse wastewater；reclamation；resource recovery

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