楊永紅,秦 坤
(新疆輕工職業(yè)技術學院, 新疆 烏魯木齊 830021)
硫酸鹽的環(huán)境危害及含硫酸鹽廢水處理技術
楊永紅,秦 坤
(新疆輕工職業(yè)技術學院, 新疆 烏魯木齊 830021)
現(xiàn)在處理硫酸鹽廢水的方法有很多,經過近些年的實踐已經取得了初步的成效。首先對硫酸鹽廢水的諸多危害進行了介紹,進而針對硫酸鹽廢水的處理問題提出了幾個合理的化學處理方案,并對這些方案進行了分析和論述。
硫酸鹽;環(huán)境危害;硫酸鹽廢水;化學處理工藝
隨著我國經濟的快速發(fā)展,一些工業(yè)企業(yè)的規(guī)模得到了進一步的擴大,但其生產過程中存在的一些問題也日益凸顯,其中最為明顯的問題就是生產廢水的處理和排放。對于電鍍行業(yè)來說,電鍍廢水中存在大量的硫酸鹽物質,這些物質如果不能得到很好的處理直接排放到水體中,無論是對于生態(tài)環(huán)境,還是對于周邊的生物都會帶來極大的影響?,F(xiàn)如今處理硫酸鹽廢水的方法有很多,經過近些年的實踐已經取得了初步的成效,本文就針對硫酸鹽廢水的處理工藝進行如下的分析和論述。
含有硫酸鹽的廢水一旦被排放到水體中就會對水體造成很大程度的污染。其中,硫酸鹽物質會在水體中慢慢擴散,最終在水底進行沉積,產生的沉積層中還有大量的硫酸鹽還原菌,這些微生物在水底厭氧的條件下會變得非?;钴S、新陳代謝旺盛,得到大量的滋生。隨著硫酸鹽還原菌這種代謝活動的加快,流入水體的;硫酸鹽就會被逐漸還原,其中的SO4
2-就會被還原成為 S2-,這些硫離子會和沉積層中的大部分金屬離子結合,產生大量的金屬硫化物,這些物質非常難分解,長期存在于水體的底部沉積層。此外, S2-除了能和水體中的金屬離子發(fā)生化合反應,生成難降解的金屬硫化物之外,還能和水體中的一些有機物結合產生一些含硫的有機化合物。硫酸鹽廢水具體危害還體現(xiàn)在以下幾個方面:
1.1 加速了水體中甲基汞的產生
通常水體中會含有一部分的金屬離子,其中就包括汞離子,而硫酸鹽廢水排入到水體中會生成大量的硫離子,這些硫離子非常容易和汞離子發(fā)生反應,形成硫汞絡合物,這些絡合物經過一定的時間,在水體中就會慢慢轉化為甲基汞。而同時硫酸鹽本身處于一個被還原的過程,這在一定程度上也促進了甲基汞這種物質的生成。甲基汞是一種含劇毒性的金屬有機化合物,這種物質在水體中形成會對周圍的生態(tài)環(huán)境和動植物的生長帶來極大的隱患。
1.2 改變了水體原有生態(tài)調節(jié)功能
硫酸鹽廢水在流入水體的過程中,受到厭氧環(huán)境的促進作用,硫酸鹽的還原過程會變得非常活躍,成生大量的化學衍生物,這其中就包括硫化氫。H2S這種物質本身具有非常強的毒性,一旦水體中含有這一類物質,就會給水中的各種生物:微生物、魚類、藻類等帶來嚴重的污染,最終導致各種生物的死亡和滅絕,這就會使水體喪失其所具備的生態(tài)調節(jié)功能。
1.3 造成了水體中大量金屬微量元素的流失
由于硫酸鹽廢水是含有大量的 SO42-,經過一定的反應這些SO42-會轉化成S2-,這些硫離子會和水中的金屬離子發(fā)生化合反應產生硫化物的沉淀,這就使水體中大量金屬微量元素快速流失。而對于水生植物而言,這些微量元素是它們生長中必要的一些元素,微量金屬元素的流失在很大程度上抑制了水生植物的生長,最終導致了水體中的生態(tài)平衡遭受破壞[1]。
2.1 化學沉淀法
沉淀法是采用化學法處理各類廢水的方法中一種最常見的方法。探究采用化學沉淀法處理含硫酸鹽的廢水,就得探討什么物質和SO42-能夠發(fā)生化合反應生成不易分解的物質。
2.1.1 硫酸鋇化學沉淀法
通過硫酸根化合物的溶度積常數(shù)調查發(fā)現(xiàn)(表1),鋇鹽能夠和硫酸根物質發(fā)生反應,生成的硫酸鋇化合物本身的溶度計常數(shù)是:1.081×10-10,通常情況下硫酸根離子在平衡狀態(tài)下的濃度大約為1.05 mg/L,從理論上來看,采用鋇鹽來進行化學沉淀法去除硫酸根離子是可以的。
采用鋇鹽處理硫酸根離子需要提前進行一次預處理,去除水體中含有的碳酸根離子,這是因為相同反應條件下,鋇離子會先和碳酸根離子發(fā)生化合反應,然后才會和硫酸根離子發(fā)生反應。如果不經過預處理將水體中碳酸根離子去除的話,會造成鋇鹽的大量消耗,在一定程度上提升了污水處理的陳本。去除水體中的碳酸根離子通??梢圆捎檬臆浕@種處理方法。由于水體中還有一部分的重碳酸根,可以將水體酸堿性調節(jié)到5.6左右,在弱酸性的條件下水中的重碳酸根就會逐漸轉化成CO2排出水體之外。
此外,由于硫酸鋇沉淀形成的時間比較長,需要對其進行控制,如果控制不好的話,硫酸鋇沉淀會慢慢轉化成硫酸鋇膠體,這樣就起不到實際的去除硫酸根作用。采用硫酸鋇化學沉淀法一方面可以將硫酸根離子的濃度降低的非常低,但同時由于鋇鹽價格比較昂貴,在處理成本上也存在一些問題。采用這種沉淀法還要注意對水中殘留鋇離子的去除,否則會對水體造成一定的污染。
2.1.2 硫酸鈣化學沉淀法
由于鋇鹽價格比較貴,因此在實際的生產過程中通常會采用碳酸鈣化學沉淀法來去除水中的硫酸鹽,但這種方法通常是作為廢水處理的預處理過程。采用這種方法是通過鈣離子和水中硫酸根離子的化合作用,產生溶解性較差的CaSO4來達到去除廢水中硫酸鹽的目的。通常情況下,采用硫酸鈣化學沉淀法可以將廢水中硫酸根的濃度控制在1 600~1 900 mg/L左右,這一濃度達不到國家相關行業(yè)的具體排放標準,所以需要進行二次處理,采用硫酸鈣化學沉淀法往往被用來進行廢水處理的預處理環(huán)節(jié)[2]。
鈣礬石沉淀法是由硫酸鈣化學沉淀法引申出來的一種廢水處理方法,具體的反應機理如下:
6Ca2++ 3SO4
2-+ 29H2O + 4OH-+ 2AlO2-→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
6Ca(OH)2+ 3Na2SO4+ 26H2O + AlCl3→Ca6Al2(SO4)3(OH)2·6H2O + 6NaCl
采用這種方法首先需要在廢水中加入一些石灰對廢水的pH值進行調節(jié),在調節(jié)過程中一部分的金屬離子和碳酸根離子就會被去除,然后再經過沉淀分離,向廢水中加入一定量的鋁鹽,將SO42-轉化成溶解性非常差的鈣礬石。在生成鈣礬石這一過程中,需要將廢水的pH值調節(jié)在11.4~12.1左右。經過沉淀分離之后,還需要在水中加入一部分的碳酸根物質來去除水中殘留的一些鈣離子,最后在廢水達標排放前還需要將水體調節(jié)成中性[3]。
采用這種方法應用于實際的廢水處理過程中存在兩種處理工藝:Walhalla和Savmin處理工藝。
表1 常見硫酸根化合物溶度積常數(shù)調查表Table 1 Common sulfate compound solubility product constant questionnaire
2.1.3 化學沉淀法的相關影響因素
(1)反應時間對處理效果的影響
可以發(fā)現(xiàn),反應時間在60 min左右時對廢水中硫酸根處理的效果最好(圖1)。
圖1 反應時間對處理效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on treatment effect
(2)反應溫度對處理效果的影響(圖2)
圖2 反應溫度對處理效果的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on the efficiency of the treatment
可以發(fā)現(xiàn),廢水中硫酸根的處理效果受到溫度的影響不是十分明顯。
(3)硫酸根初始含量對處理效果的影響(圖3)
圖3 硫酸根初始含量對處理效果的影響Fig.3 Effect of initial content of sulfate on the treatment effect
可以發(fā)現(xiàn),當廢水中硫酸根離子的初始濃度超過1 350 mg/L左右時,處理的效果最好[4]。
(4)鋁鹽含量對處理效果的影響(圖4)
2.2 單質鐵還原法
通過英國的研究中心調查研究表明,一些金屬單質如:鈣、鐵、鋅、銅、錳等都會和硫化氫發(fā)生反應生成沉淀物質,進而到達去除硫化氫的目的。硫酸鹽廢水在流入水體的過程中,受到厭氧環(huán)境的促進作用,硫酸鹽的還原過程會變得非?;钴S,成生大量的化學衍生物,這其中就包括硫化氫。常見用來處理廢水中硫離子的金屬是鐵,向廢水中加入鐵單質后可以使水體中的硫離子保持在一個比較低的濃度水平[5]。采用這種方法處理含硫酸鹽廢水一方面不需要投加其它的化學藥劑,節(jié)約了處理的成本,另一方面鐵鹽對于降低氧化還原的電位效應效果十分明顯。但這種方法也存在一些缺點:運行成本較高。
圖4 鋁鹽含量對處理效果的影響Fig.4 Effect of aluminum salt content on treatment effect
綜上所述,硫酸鹽廢水對于環(huán)境的影響是多方面的,對這一類廢水進行有效的處理已經變得迫在眉睫。一方面,有關部門要加大監(jiān)管力度,盡快完善相關方面的行業(yè)標準和法律法規(guī)的建設,另一方面,企業(yè)也要從自身出發(fā),加強廢水處理技術的研究力度,這對于保護生態(tài)環(huán)境,構建可持續(xù)發(fā)展的道路具有深遠的意義。
[1]朱政, 張銀新, 蔣文強, 等. 離子交換法處理含硫酸銅廢水的研究[J]. 遼寧化工,2010(08): 99-101.
[2]王海鷹, 彭小玉, 王云燕, 等. 采用復鹽法脫除工業(yè)廢水中的硫酸根[J]. 中南大學學報(自然科學版),2010(02).
[3]于文波, 胡明成. 硫酸鹽的環(huán)境危害及含硫酸鹽廢水處理方法[J].科技信息, 2011(11): 177-178.
[4]李世卿. 原子吸收測鋇法間接測定水中硫酸鹽的研究[J]. 職業(yè)與健康, 2010(13): 56-57.
[5]馮穎,康勇,范福洲,等. 單質鐵強化生物還原法處理硫酸鹽廢水[J]. 中國給水排水, 2005,7(21): 32-33.
Environmental Hazards of Sulfate and Treatment Technology of Sulfate-containing Wastewater
YANG Yong-hong,QIN Kun
(Xinjiang Institute of Light Industry Technoldgy,Xinjiang Urumqi 830021,China)
There are many methods to treat sulfate wastewater. After recent years of practice, these methods have achieved good application results. In this paper, harms of sulfate wastewater were introduced, several reasonable chemical treatment schemes of sulfate wastewater were put forward, and these schemes were analyzed and compared.
Sulfate; Environmental hazards; Sulfate wastewater; Chemical treatment process
TQ 125.1
A
1671-0460(2015)08-2018-03
2015-01-24
楊永紅(1971-),女,新疆烏魯木齊人,高級講師,工學碩士,2009年畢業(yè)于東南大學應用化學專業(yè),研究方向:從事環(huán)氧瀝青改性、汽油添加劑、環(huán)境水處理等技術研究。