摘 要：該文從分析原有的化學(xué)沉淀法處理重金屬離子廢水的缺陷入手，重點(diǎn)探索離子交換樹(shù)脂吸附法的工藝流程和所選用的交換樹(shù)脂的特性，最后歸納出使用離子交換樹(shù)脂吸附法替代化學(xué)沉淀法所具有的優(yōu)點(diǎn)和可觀的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保價(jià)值。

關(guān)鍵詞：重金屬?gòu)U水 離子交換樹(shù)脂 經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類(lèi)號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（a）-0144-02

含重金屬離子廢水大多來(lái)自礦石采選、有色冶煉、電鍍、機(jī)械制造等行業(yè)，該類(lèi)廢水對(duì)環(huán)境的危害已經(jīng)不需贅述，處理此類(lèi)廢水目前常用方法主要有化學(xué)法（化學(xué)沉淀法、電解法等）、物理法（離子交換樹(shù)脂吸附法、膜分離法等）、生物法。這幾種方法在處理重金屬?gòu)U水方面均各有優(yōu)缺。目前大多企業(yè)在治理重金屬?gòu)U水時(shí)僅僅滿(mǎn)足于達(dá)標(biāo)排放這一基本要求，忽視了變廢為寶向環(huán)境要效益方面的研究，在此僅就X型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在含重金屬?gòu)U水處理方面的應(yīng)用與傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法做一個(gè)分析比較。

1 污染源基本情況

以南方某一有色冶煉中型企業(yè)為例，其生產(chǎn)原料為硫化金屬礦，主要生產(chǎn)工藝為火法焙燒+濕法冶煉+尾氣制酸。含重金屬的廢水主要來(lái)自濕法冶煉工藝過(guò)程。廢水日產(chǎn)生量為800m3/d，廢水主要成分分析見(jiàn)表1。

2 治理目標(biāo)

廢水處理后必須符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)—GB8978-1996》的排放標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

3 化學(xué)沉淀法工藝

3.1 對(duì)上述的廢水處理原用的化學(xué)沉淀法處理工藝流程如圖1

廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池后泵入攪拌池與加入的堿液（氫氧化鈉）在攪拌器的充分?jǐn)嚢柘拢旌暇鶆虬l(fā)生絮凝反應(yīng)，形成絮體的廢水自流進(jìn)入一級(jí)沉降池，一級(jí)沉降池上清液自流進(jìn)入二級(jí)沉降池再次沉降，在二級(jí)沉降前加入鐵鹽絮凝劑（硫酸亞鐵），二級(jí)沉降池上清液進(jìn)入PH調(diào)節(jié)池回調(diào)至中性、達(dá)標(biāo)排放。一級(jí)、二級(jí)沉降池底泥進(jìn)入底泥濃縮池進(jìn)行濃縮，有效減少壓濾機(jī)負(fù)荷，濃縮后上清液返回?cái)嚢璩兀啄噙M(jìn)入壓渣機(jī)制渣，濾液返回?cái)嚢璩兀瑥U渣運(yùn)至渣場(chǎng)堆放。

3.2 存在問(wèn)題

通過(guò)上述工藝處理后重金屬?gòu)U水基本能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但是由于工藝流程較長(zhǎng)，員工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，處理廢水的單位成本高（約2.0元/m3），生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較為骯臟、凌亂，每天產(chǎn)生約5t含重金屬?gòu)U渣，帶來(lái)了二次污染，廢渣中的有價(jià)金屬無(wú)法得到有效回收，每年廢水處理成本48萬(wàn)元。

4 離子交換樹(shù)脂吸附工藝

針對(duì)化學(xué)沉淀法的缺點(diǎn)，通過(guò)比較研究，采用離子交換樹(shù)脂吸附法替代原有化學(xué)沉淀工藝。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)篩選出x型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作為離子交換樹(shù)脂吸附法的首選樹(shù)脂。

4.1 x型陽(yáng)離子樹(shù)脂特性：

①對(duì)二價(jià)金屬離子具有較強(qiáng)的選擇性，實(shí)驗(yàn)得出其選擇性由強(qiáng)到弱順序?yàn)椋篐g2+>Cd2+>Pb2+>Co2+>Cu2+>Ni2+>Zn2+>Fe2+>Ca2+>Mg2+，對(duì)一價(jià)金屬離子則幾乎沒(méi)有吸附性。

②吸附能力強(qiáng)（50kg/m3）。

③不易中毒，易再生，強(qiáng)度高、不易破損。

4.2 離子交換樹(shù)脂吸附工藝

根據(jù)x型陽(yáng)離子樹(shù)脂的特性設(shè)計(jì)工藝流程如圖2。

廢水進(jìn)入原水池后調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，PH值5～6，然后通過(guò)泵打入過(guò)濾器中，截留廢水中的少量懸浮物質(zhì)，以免進(jìn)入后續(xù)金屬回收床堵塞，影響樹(shù)脂吸附和交換。

過(guò)濾器的出水進(jìn)入清液槽，然后用泵打入金屬回收床，金屬回收床采用兩級(jí)串聯(lián)，盡可能吸附回收其中的銅、鎳、鈷等離子，使出水達(dá)標(biāo)。金屬回收床內(nèi)裝有x型樹(shù)脂。在一定的PH（5～6）條件下對(duì)銅、鈷、鎳有很好的吸附交換能力。廢水從Ⅰ級(jí)金屬回收床上部進(jìn)入，銅、鈷、鎳等重金屬離子都被樹(shù)脂吸附交換，被樹(shù)脂吸附交換后的廢水從金屬回收床底部排出進(jìn)入中間槽。為了進(jìn)一步降低銅、鈷、鎳的出水濃度，中間槽出水用泵打入Ⅱ級(jí)金屬回收床，繼續(xù)吸附銅鈷、鎳離子，當(dāng)回收床內(nèi)樹(shù)脂吸附飽和后，則進(jìn)行再生。

再生液采用10%的稀硫酸，將樹(shù)脂中吸附的鈷、鎳、銅以硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸銅的形式解吸出來(lái)。相對(duì)于廢水原液，解吸下來(lái)的硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸銅濃度大大提高，達(dá)到5～10g/L，回用于生產(chǎn)工段。然后用5%的NaOH進(jìn)行再生，恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力后進(jìn)入第二周期的運(yùn)行。再生過(guò)程產(chǎn)生的廢水返回原水池。

經(jīng)過(guò)二級(jí)金屬回收床出水銅、鎳、鈷等金屬離子達(dá)標(biāo)，調(diào)節(jié)PH至6～9后外排。

4.3 離子交換樹(shù)脂吸附法優(yōu)點(diǎn)：

①處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，可控性強(qiáng)。

②有價(jià)金屬得到有效回收，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

③無(wú)含重金屬?gòu)U渣產(chǎn)生，不形成二次污染。

④員工勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大為改觀。

⑤廢水單位處理成本較化學(xué)沉淀法更為經(jīng)濟(jì)（1.2元/m3）。

4.4 樹(shù)脂吸附工藝經(jīng)濟(jì)效益分析：

①固定投資：離子交換樹(shù)脂吸附系統(tǒng)一套，處理能力：800m3/d，總造價(jià)：280萬(wàn)元

②年運(yùn)行費(fèi)用：28.8萬(wàn)元/年

③年金屬回收量為：

鈷：50g/m3×800m3/d×300d/年×10-6g/t=12t/年

鎳：5g/m3×800m3/d×300d/年×10-6g/t=1.2t/年

④按目前市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算價(jià)值為：

鈷：12t/年×25萬(wàn)元/t=300萬(wàn)元/年

鎳：1.2t/年×15萬(wàn)元/t=18萬(wàn)元/年

共計(jì)：318萬(wàn)元/年，去除生產(chǎn)成本200萬(wàn)/年，每年新增效益118萬(wàn)元

⑤與原有水處理系統(tǒng)相比，每年節(jié)約運(yùn)行成本為：19.2萬(wàn)元/年

⑥年收益為：118萬(wàn)元/年+19.2萬(wàn)元/年-28.8萬(wàn)元/年=108.4萬(wàn)元/年

⑦回收期限：280萬(wàn)元÷108.4萬(wàn)元/年=2.58年

5 化學(xué)法與離子交換樹(shù)脂吸附法比較

5.1 處理后出水水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表3

5.2 投資及經(jīng)濟(jì)效益等綜合比較見(jiàn)表4

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)兩種不同工藝處理重金屬?gòu)U水效果來(lái)看，雖然出水水質(zhì)均可達(dá)標(biāo)，但是產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益卻是相去甚遠(yuǎn)，化學(xué)沉淀法具有簡(jiǎn)單易掌握，投資額度相對(duì)較低的特點(diǎn)，但是卻不可避免產(chǎn)生沉淀廢渣，有價(jià)重金屬進(jìn)入廢渣帶來(lái)了二次污染，資源得不到充分回收利用，且廢水處理單位成本較高，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大；離子交換樹(shù)脂吸附法雖然一次性投資稍大，但是幾乎不產(chǎn)生廢渣，有價(jià)金屬可以充分得以回收利用，尤其是在對(duì)具有較高經(jīng)濟(jì)回收價(jià)值的重金屬?gòu)U水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景，其帶來(lái)的社會(huì)效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益都值得我們加以深入研究。