王曉煥，黃富銘

（1.中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所中國(guó)科學(xué)院特殊環(huán)境功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

高效脫汞吸附材料在氯堿工業(yè)含汞廢水深度處理中的應(yīng)用

王曉煥1，黃富銘2

（1.中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所中國(guó)科學(xué)院特殊環(huán)境功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

采用高效脫汞吸附材料對(duì)電石法聚氯乙烯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含汞廢水進(jìn)行深度處理，通過連續(xù)6個(gè)月的中試運(yùn)行，考察了除汞效果。結(jié)果表明，該高效脫汞吸附材料對(duì)低濃度含汞廢水的去除效果好，處理后出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下。若配合適當(dāng)?shù)难b置和工藝，該系材料將有望在含汞廢水深度處理領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

含汞廢水；吸附；氯堿工業(yè)；脫汞吸附材料

1　高效脫汞吸附材料概況

汞由于具有劇毒、可生物富集、易揮發(fā)、易遷移、易轉(zhuǎn)化、難生物降解等特性而受到廣泛關(guān)注［1］，被列為全球性污染物。當(dāng)前，中國(guó)含汞廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求出水汞濃度不高于0.005mg/L。然而，采用傳統(tǒng)的處理工藝如化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、離子交換法、電解法等處理含汞廢水難度較大［2］，含汞廢水的處理方法亟待改進(jìn)。

吸附法作為一種公認(rèn)的、經(jīng)濟(jì)而又有效的廢水處理方法，由于其工藝簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定，而且不產(chǎn)生二次污染，近年來在含汞廢水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注［3-8］。但是，這種方法對(duì)含汞廢水的處理效果主要依賴于吸附劑材料的性能。目前，市場(chǎng)上銷售的可用于含汞廢水處理的吸附材料主要是顆粒狀或柱狀的活性炭和球形的含巰基、硫脲基等官能團(tuán)的吸附除汞樹脂?；钚蕴款愇絼?duì)汞及其化合物的吸附主要靠的是物理吸附作用，吸附性能相對(duì)較差，只適合用于處理成分單一且濃度較低的含汞廢水；含巰基、硫脲基等官能團(tuán)的吸附除汞樹脂對(duì)汞及其化合物的吸附性能較好，去除效率較高，但其價(jià)格較為昂貴，廢水處理成本較高，難以被企業(yè)廣泛接受。

中科院新疆理化技術(shù)研究所在前期研究中，開發(fā)了一類新型、高效脫汞吸附材料—PVA系列高效脫汞吸附劑［9-15］。該材料是一種黃色粉體顆粒狀物，具有三維網(wǎng)狀的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)中含有氨基、酰胺基等能與汞發(fā)生螯合作用的官能團(tuán)。該系列脫汞吸附材料對(duì)汞及其化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和獨(dú)特的吸附選擇性，對(duì)汞的吸附容量大，去除效率高，吸附性能幾乎不受水體中高的鹽分、高的有機(jī)物含量的影響，既可用于高濃度含汞廢水的有效處理，也可以用于低濃度含汞廢水的深度凈化。另外，由于這類脫汞吸附材料是由殼聚糖、黏土等自然資源原料制備而成，其生產(chǎn)成本相對(duì)較低，材料吸附飽和后可以脫附再生，重復(fù)使用性能好，廢水處理成本低。因此，有望成為一類新型的脫汞吸附材料被應(yīng)用于含汞廢水的有效處理中。

新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司是一家擁有45萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置的氯堿企業(yè)，采用電石法工藝生產(chǎn)聚氯乙烯，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含汞廢水。目前，該公司采用三段連續(xù)工藝含汞廢水處理技術(shù)，雖然能夠使處理后的含汞廢水達(dá)到排放要求，但采用該技術(shù)處理含汞廢水時(shí)，對(duì)過程控制、企業(yè)管理水平和員工素質(zhì)的要求均比較高。為應(yīng)對(duì)國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，公司考慮對(duì)含汞廢水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步降低廢水中的汞濃度。

為此，中科院新疆理化技術(shù)研究所與新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司合作，于2014年11月至2015年5月開展了運(yùn)用PVA系列高效脫汞吸附劑對(duì)電石法PVC生產(chǎn)產(chǎn)生的含汞廢水進(jìn)行深度處理的中試試驗(yàn)研究，對(duì)PVA系列高效脫汞吸附劑在含汞廢水深度處理中的應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)估。

2　中試試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司采用常規(guī)的脫吸工藝結(jié)合深度脫吸工藝，形成含汞廢水封閉式循環(huán)系統(tǒng)，在深度脫吸后，將含微量氯化氫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以下）的廢水與含汞廢堿液進(jìn)行中和處理得到含汞廢水。此次中試試驗(yàn)研究中，含汞廢水的水質(zhì)情況見表1。

表1　含汞廢水水質(zhì)情況

3　含汞廢水吸附除汞工藝流程

此次中試試驗(yàn)研究的處理對(duì)象是經(jīng)化學(xué)沉淀-絮凝工藝處理后的低濃度含汞廢水。廢水在進(jìn)入吸附除汞裝置之前，先經(jīng)過濾裝置除去其中的懸浮物、膠體和大分子有機(jī)物，并在中間水箱中調(diào)節(jié)廢水的pH值，然后通過隔膜泵將其輸送進(jìn)入吸附除汞裝置，工藝流程見圖1。

圖1　吸附除汞工藝流程圖

4　吸附除汞系統(tǒng)、裝置

此次中試試驗(yàn)所搭建的吸附除汞工藝系統(tǒng)由原水箱、過濾裝置、中間水箱、隔膜泵、壓力表、吸附除汞系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)組成。其中，吸附除汞裝置由四級(jí)吸附柱依次串聯(lián)構(gòu)成。每級(jí)吸附柱均由吸附柱由圓柱形柱體、弧形頂蓋、弧形底蓋、篩網(wǎng)、上端多孔板、下端多孔板、填料進(jìn)口、填料出口、進(jìn)水管、出水管和排氣閥門組成，吸附柱內(nèi)自上而下依次為上充水區(qū)、吸附劑填料區(qū)和下充水區(qū)，弧形頂蓋和弧形底蓋與圓柱形柱體之間通過法蘭進(jìn)行連接固定。吸附劑填料是中科院新疆理化技術(shù)研究所開發(fā)的高效脫汞吸附劑PVA10。

試驗(yàn)過程中，各級(jí)吸附柱均采用下充水流過濾方式。含汞廢水首先進(jìn)入各級(jí)吸附柱的下充水區(qū)，通過吸附柱下端的篩網(wǎng)和布漏板進(jìn)入吸附劑填料區(qū)，在吸附劑填料區(qū)進(jìn)行吸附除汞，然后通過吸附柱上端的篩網(wǎng)和布漏板進(jìn)入吸附柱的上充水區(qū)，最后通過出水管排出。此次中試試驗(yàn)中，整套吸附除汞裝置內(nèi)填充的高效脫汞吸附劑PVA10的總質(zhì)量為850 g，進(jìn)水流量設(shè)定為0.03m3/h，系統(tǒng)含汞廢水處理能力為0.72m3/d。系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月，共處理含汞廢水129.60m3。

5　中試試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)及分析

此次中試試驗(yàn)于2014年11月17日開始運(yùn)行，截至2015年5月17日，系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月，運(yùn)行過程中的部分檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2　含汞廢水深度處理中試試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表2可以看出，在連續(xù)6個(gè)月的運(yùn)行過程中，進(jìn)水中汞濃度在5～100μg/L，經(jīng)吸附處理后，出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB15581-95規(guī)定的排放要求。采用該吸附除汞工藝系統(tǒng)處理較低濃度含汞廢水，汞的去除效果好，可以達(dá)到80%以上；該高效脫汞吸附材料對(duì)汞的吸附容量大，在連續(xù)6個(gè)月的中試試驗(yàn)運(yùn)行過程中，尚未進(jìn)行材料的更換和脫附再生；另外，該高效脫汞吸附材料對(duì)汞的吸附性能幾乎不受水體中高的鹽分、高的有機(jī)物含量的影響?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)含汞廢水的連續(xù)、快速、深度處理，降低廢水處理成本，減少環(huán)境污染。采用吸附法對(duì)含汞廢水進(jìn)行深度處理，工藝簡(jiǎn)單、操作方便、出水水質(zhì)穩(wěn)定，不易造成二次污染。

6　結(jié)語

采用PVA系列高效脫汞吸附劑對(duì)含汞廢水進(jìn)行深度處理，在連續(xù)6個(gè)月的中試試驗(yàn)運(yùn)行過程中，出水汞濃度能夠穩(wěn)定在5μg/L以下，達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的排放要求。該系列高效脫汞吸附材料的生產(chǎn)成本相對(duì)較低，吸附容量大，除汞效果好，材料吸附飽和后可以通過脫附重新恢復(fù)除汞能力，重復(fù)使用性能好。若配合適當(dāng)?shù)难b置和工藝，該系列脫汞吸附材料將有望在含汞廢水深度處理領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，可降低廢水處理成本，減少環(huán)境污染。

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Application of high-perform anceadsorbent form ercury removal in advanced treatmentof chlor-alkaliindustrialwastewater containingm ercury

WANGXiao-huan1，HUANGFu-ming2
（1.Laboratory of Environmental Sciencesand Technology，Xinjiang Technical InstituteofPhysics& Chemistry；Key Laboratory of FunctionalMaterialsand Devices for SpecialEnvironments，Chinese Academy of Sciences，Urumqi830011，China；2.Tianneng ChemicalCo.Ltd.，Xinjiang Tianye（Group）Co.，Ltd.，Shihezi，832000，China）

High-performance adsorbents formercury removal were employed to deeply treat wastewater containingmercury from the production of polyvinyl chloride by calcium carbidemethod.A pilot scale test was continued for 6 months to investigate the efficiency ofmercury removal.Results show that the highperformance adsorbent for mercury removal exhibits excellent removal efficiency in the treatment of wastewater containing low-concentration mercury.The mercury concentration of effluents can be stable below the valueof5μg/L.If the device and the processemployed are proper，suchmaterial isexpected tobe applied in the field ofadvanced treatmentofmercury containingwastewater.

wastewater containing mercury；adsorption；chlor-alkali industry；adsorbent for mercury removal

TQ314.24+2

B

1009-1785（2015）09-0039-03

2015-05-06

王曉煥（1979—），女，副研究員，中科院新疆理化技術(shù)研究所，主要從事重金屬特效吸附材料的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用研究工作。