杜國(guó)強(qiáng)，尹婷婷，候健衛(wèi)

（1寶山鋼鐵股份有限公司 冷軋廠，上海201900；2寶武集團(tuán)中央研究院 能源與環(huán)境研究所，上海201900）

1 前言

重金屬是指比重＞5的金屬（一般來(lái)講密度＞4.5 g/cm3的金屬），包括Au、Ag、Cu、Fe、Pb等。重金屬在人體中累積達(dá)到一定程度，會(huì)造成慢性中毒。在環(huán)境污染方面所說(shuō)的重金屬主要是指錳、鎘、鉛、鉻、鐵以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬［1］懸浮物是鋼鐵企業(yè)廢水中常見(jiàn)的污染物質(zhì)，與有機(jī)污染物不同，重金屬懸浮物不能通過(guò)降解過(guò)程分解。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，大量重金屬懸浮物沉積在管路內(nèi)壁及管路設(shè)備上，導(dǎo)致?lián)Q熱器等設(shè)備的工作效率受到影響。為消除依附在管路設(shè)備中的重金屬雜質(zhì)，機(jī)組在每次定修時(shí)均需排空進(jìn)行清掃，但依舊很難徹底清掃雜質(zhì)，設(shè)備開(kāi)機(jī)后容易在帶鋼表面形成小黑點(diǎn)缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

目前重金屬懸浮物的去除方法主要分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法是在盡量不改變重金屬化學(xué)性質(zhì)和形態(tài)的前提下而進(jìn)行的離心、過(guò)濾、吸附［2］、分離的方法，這一類的方法具體有吸附、萃取、離子交換［3］和膜分離等?；瘜W(xué)法是將重金屬離子與藥劑或吸附材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或使重金屬沉積而被除去的方法，這一類的方法有中和沉淀法、電滲析法、硫化物沉淀法、氧化還原法、微電解內(nèi)電解等。生物法則是借助微生物或植物本身的性質(zhì)，加上絮凝、富集等生物作用去除重金屬離子的方法，這一類的方法有生物絮凝法［4］、生物吸附法［5］、生物化學(xué)法以及植物修復(fù)法等。

可溶劑可使水體中析出的C、Mn和Fe等懸浮金屬離子或復(fù)合金屬氧化物顆粒溶化，從而減少重金屬雜質(zhì)在設(shè)備及系統(tǒng)中的沉積，屬于化學(xué)方法去除金屬顆粒污染物。本研究通過(guò)添加可溶劑來(lái)觀測(cè)水體中溶解態(tài)金屬離子的含量變化，在此基礎(chǔ)上對(duì)可溶劑對(duì)淬水槽中重金屬懸浮物的溶解性能進(jìn)行評(píng)估；同時(shí)，對(duì)在0.1%～2.5%范圍內(nèi)不同梯度可溶劑使用濃度下的溶解性能進(jìn)行試驗(yàn)，找出最適宜、最經(jīng)濟(jì)的使用濃度。

2 試驗(yàn)用水與方法

試驗(yàn)用水采用寶鋼某冷軋機(jī)組的淬水槽循環(huán)水，pH值7.56，電導(dǎo)率14.46μS/cm，水中金屬離子的總量及溶解量見(jiàn)表1。由表1可以看出，該廢水中重金屬以Mn、Fe含量最高，并且其中大部分以固體顆粒形態(tài)存在。通過(guò)相關(guān)檢測(cè)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)用水中的臟污顆粒進(jìn)行粒度測(cè)試與分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

表1 試驗(yàn)用水中金屬離子的總量及溶解量

圖1 試驗(yàn)水臟污顆粒粒度分布

從圖1中可以看出，試驗(yàn)用水臟污顆粒的粒度范圍為0.02～2 000μm，其中粒度在2.062～87.671 μm區(qū)間的顆粒占主要臟污顆?？傮w積的90%以上，體積平均粒徑為32.627μm。

分別取1 000 mL試驗(yàn)水樣于6個(gè)1 000 mL的大燒杯中，其中1杯為原液，另外5杯加入可溶劑，調(diào)整藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，與原液混勻后，取出水樣，加入硝酸進(jìn)行消解后，測(cè)定水中的總金屬含量。然后再取加入可溶劑的5個(gè)燒杯中的上清液，使用0.45μm濾膜將上清液進(jìn)行過(guò)濾，收集濾液用于分析水中溶解態(tài)的金屬含量。試驗(yàn)過(guò)程中，水溫基本穩(wěn)定在15～25℃的室溫范圍內(nèi)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

為驗(yàn)證可溶劑對(duì)淬槽水中金屬離子的溶解作用，對(duì)比分析了不添加可溶劑的試驗(yàn)水樣中總的金屬離子含量（水樣用硝酸消解后測(cè)量）和添加水溶劑后溶解態(tài)（水樣用0.45μm膜過(guò)濾后測(cè)量）的金屬離子含量。分析數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥劑對(duì)金屬離子的溶解情況

由表2可知，試驗(yàn)水樣中含量相對(duì)較高的幾種金屬離子中，Mn部分為溶解態(tài)、部分為非溶解態(tài)，Al和Fe幾乎全部為非溶解態(tài)，Ca絕大部分為溶解態(tài)。當(dāng)在水樣中添加可溶劑后，溶解態(tài)的Mn從1.4 mg/L增加至3 mg/L左右，說(shuō)明該可溶劑對(duì)Mn的溶解性有很好的改善作用，但是沒(méi)有被可溶劑溶解的非溶解態(tài)Mn，并不隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加使得Mn溶解量進(jìn)一步增加。相比較而言，在2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的可溶劑作用下時(shí)，Mn的溶解量最多。添加可溶劑對(duì)水樣中的Al有部分溶解，尤其當(dāng)水溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)，超過(guò)一半的Al在該質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶劑作用下溶解，Al溶解的效果達(dá)到最好。表2中數(shù)據(jù)表明水溶劑對(duì)Fe的溶解作用不明顯。

進(jìn)一步分析表2可知，添加可溶劑后水樣pH值上升0.5左右，但是隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水樣pH值的變化并不明顯。原先未添加可溶劑時(shí)水樣的電導(dǎo)率大致在10～20μS/cm，但是添加可溶劑后水樣的電導(dǎo)率顯著升高。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的可溶劑時(shí)，水樣的電導(dǎo)率已經(jīng)上升到1 090μS/cm，并且隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水樣電導(dǎo)率幾乎呈線性關(guān)系升高（見(jiàn)圖2）。

4 結(jié)論

4.1 可溶劑的使用，對(duì)水樣中Mn有相對(duì)較好的溶解性，并且當(dāng)添加2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的可溶劑時(shí)可以使Mn的溶解性能達(dá)到最佳狀態(tài)，但是隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Mn的溶解性能并沒(méi)有呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)；可溶劑的添加對(duì)水樣中的Al也有部分的溶解；對(duì)Fe的溶解作用不明顯。

4.2 可溶劑對(duì)水樣的pH值影響不明顯，但對(duì)水樣的電導(dǎo)率有顯著的影響，隨著可溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加水樣電導(dǎo)率呈線性升高的趨勢(shì)。