化學(xué)沉淀反應(yīng)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

　　隨著社會對水環(huán)境要求的提高，人類對工業(yè)廢水的危害及潛在價值也愈發(fā)重視。工業(yè)廢水中往往含有大量的含氮、磷和砷的有毒化合物，以及含有鉻、鉛等有回收價值卻對環(huán)境危害巨大的重金屬。由于工業(yè)廢水中的有毒物質(zhì)濃度較高，不宜利用生物降解，因此，目前利用化學(xué)沉淀法仍是回收去除工業(yè)廢水中以上物質(zhì)的最佳方式。

　　一、利用化學(xué)沉淀法除氮除磷

　　1.1 化學(xué)沉淀法在工業(yè)廢水氨氮處理中的應(yīng)用

　　大部分工業(yè)生產(chǎn)的廢水都排放量巨大且含有較高濃度的氨氮，有較強的毒性，其中的氮元素是水體富營養(yǎng)化的主要成因。典型的高濃度氨氮廢水多數(shù)由稀土工業(yè)、化肥合成工業(yè)以及炸藥生產(chǎn)等產(chǎn)生的�；瘜W(xué)沉淀法處理氨氮以磷酸銨鎂沉淀法(MPA法)因可回收氮而應(yīng)用廣泛，隨技術(shù)發(fā)展，與其他方法結(jié)合如吹脫法、折點氯化法等的處理方式也在逐步成熟。

　　化肥生產(chǎn)中，重油裂解過程會產(chǎn)生炭黑，洗除炭黑的洗液及炭黑廢水，含有高濃度氨氮。研究表明，利用Na2HPO4•12H2O及MgCl2•6H2O形成沉淀的過程中簡單高效去除化肥生產(chǎn)工業(yè)廢水中的高濃度氨氮，同時可以將炭黑載帶下來，從而使廢水得以達標排放。

　　高濃度氨氮廢水也是稀土工業(yè)廢水中主要污染物之一，常用萃取分離方法去除，但是萃取液、碳銨沉淀上清液、碳銨洗液中的氨氮濃度均很高，因此可利用化學(xué)沉淀法處理這類氨氮廢水，限制因素少，較易于控制，工藝簡單，是一種高效脫氮的處理方法。同時，稀土廢水中含有較大量的Ca2+，影響磷酸銨鎂沉淀，通�？稍谔幚砬笆褂肗a2CO3進行沉淀預(yù)處理，生成CaCO3沉淀以避免對后續(xù)處理產(chǎn)生干擾。

　　炸藥生產(chǎn)廢水中含有多種有毒物質(zhì)，而乳化炸藥廢水中含有大量的硝酸銨，是炸藥生產(chǎn)工業(yè)廢水中氨氮的主要來源，利用MPA法進行脫氮處理同樣具有高效性。

　　MPA法的產(chǎn)物鳥糞石作為一種化工原料應(yīng)用非常廣泛，可通過加堿處理、熱分解、酸溶等方式回收，經(jīng)提純可做化學(xué)試劑或飼料添加劑，尤其是MPA中含有作物生長所必須的N、P、Mg元素，且釋放緩慢，有利于作物吸收，可作為優(yōu)質(zhì)緩釋肥料，是一種具有商業(yè)價值的環(huán)保治理副產(chǎn)品。

　　1.2 化學(xué)沉淀法在含磷工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

　　磷化工生產(chǎn)如含磷洗滌劑、磷廢、含磷農(nóng)藥等的生產(chǎn)是含磷工業(yè)廢水的主要來源。含磷廢水的排放是引起嚴重的水體富營養(yǎng)化的因素之一，像含磷農(nóng)藥的生產(chǎn)所產(chǎn)生的有機磷成分甚至具有很強的毒性。從費用投入和除磷效果來看，化學(xué)沉淀法優(yōu)勢顯著，沉淀劑主要分為三類：鈣鹽、鋁鹽、鐵鹽。

　　PO^3-₄和Al3+、Ca2+或Fe3+等可以形成化學(xué)沉淀，在一定條件下發(fā)生絡(luò)合，產(chǎn)生具有吸附性的聚磷酸鹽絮狀沉淀，經(jīng)過沉淀、凝聚、絮凝、固液分離后可達高效除磷。林蘊霞曾通過實驗表明，利用聚合氯化鋁以及聚二甲基二烯丙基氯化銨，可以與含磷農(nóng)藥廢水中的磷形成沉淀，在一定的條件下，采用合適的投藥配比能夠高效去除廢水中的總磷含量。

　　機械工業(yè)金屬零件生產(chǎn)過程中通常進行磷化處理，會產(chǎn)生大量的含磷廢水。例如，某電冰箱廠利用CaCl2作為沉淀劑對該廠的磷化廢水進行處理，經(jīng)濟高效，操作簡單，經(jīng)調(diào)試后取得了理想的除磷效果。

　　電路板生產(chǎn)工藝中的化學(xué)電鍍也會產(chǎn)生大量的含磷廢水，主要以亞磷酸鹽和次磷酸鹽為主要存在形式，且因具有絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑等而難以降解。利用經(jīng)濟成熟、簡單實用的乙酸鈣可沉淀大部分的亞磷酸根，采用石灰乳可以有效去除正磷酸根和亞磷酸根以及Zn2+、懸浮物等，然而不能去除次磷酸根造成的二次污染是其一大弊端，還需結(jié)合其他方法進行深度處理。

　　MPA沉淀法在廢水除磷處理中也被廣泛應(yīng)用，且鳥糞石沉淀結(jié)晶大，易于過濾作為肥料回收利用。對于高濃度含磷廢水，該法難以達到一次去除的效果，尚需結(jié)合其他輔助方法處理達標如PAC混凝或生物處理方法。

　　二、化學(xué)沉淀法處理含砷廢水

　　化肥、農(nóng)藥、冶金工業(yè)中經(jīng)常用到砷化物，會造成砷污染，廢水中常以亞砷(+III)酸根和砷(+V)酸根兩種價態(tài)存在，一般以+3價為主�；瘜W(xué)沉淀法去除廢水砷化物通常有3種處理方法，利用砷酸和亞砷酸與部分金屬氧化物或硫化物生成沉淀去除，即中和沉淀法、硫化法、絮凝共沉法。

　　中和沉淀法相對于其他方法來說處理成本較低，工藝簡單。其作用機理主要是砷在高pH環(huán)境下，容易形成鹽類沉淀。往廢水中添加廉價易得的氫氧化鈣或氫氧化鈉，使廢水中+5價As形成砷酸鈣鹽類沉淀，但因顆粒較小，泥渣沉淀緩慢，難以將廢水中的砷凈化到排放標準;通常輔以其他方法，才能使得廢水達到相應(yīng)排放標準。中和沉淀法一般可作為高含砷廢水的預(yù)處理，大大降低處理成本。

　　硫化法一般采用NaHS、Na2S、Fe2S3等廉價試劑作為硫化劑，因工藝簡單、反應(yīng)迅速、可大批量處理而被廣泛應(yīng)用。使用NaOH浸取硫化沉淀，可分離有色金屬和砷，便于有色金屬的回收再利用;經(jīng)脫硫處理的產(chǎn)物還可做農(nóng)藥、殺蟲劑等產(chǎn)品的原料，具有較高的經(jīng)濟價值。

　　實際生產(chǎn)中，含砷廢水處理方法應(yīng)用最多的是絮凝共沉淀法。廢水中加入氫氧化物調(diào)節(jié)pH，同時加入Mn2+、Fe3+、Fe2+、Al3+等離子，使其水解成堿性膠體，可以將水中含砷化合物及其他雜質(zhì)吸附在表面，將含砷化合物及雜質(zhì)包裹其中，最終形成膠體沉淀而將砷除去。

　　三、化學(xué)沉淀法處理含重金屬離子廢水

　　3.1 化學(xué)沉淀法處理含鉻廢水

　　鉻元素被美國EPA列為最具毒性的污染物之一，在制革、電鍍、化工、冶金等行業(yè)均可產(chǎn)生含鉻廢水。鉻元素一般以Cr(+III)及Cr(+VI)兩種形態(tài)存在，且Cr(+VI)較Cr(+III)更具生物毒性。Cr(+VI)可致皮膚過敏，吸入后致癌，更可造成遺傳性基因缺陷，對環(huán)境具有持久危險性。同時，鉻元素的存在對污水處理有很大的影響，水中鉻濃度1mg/L時，BOD5降低18%，大大降低生物活性，嚴重影響污水處理效果

　　含鉻廢水的常用處理方法有電解還原、化學(xué)沉淀、離子交換、生物法、光催化法等。其中，離子交換法成熟，除鉻效率高，可大規(guī)模應(yīng)用。但是，廢水濃度一般較高，需要消耗大量離子交換樹脂，吸附后樹脂再生困難。所以此方法很少應(yīng)用在工業(yè)廢水處理方面。因Cr(+III)及Cr(+VI)極易與絮凝沉淀劑發(fā)生反應(yīng)，且絮凝劑來源廣泛、價格低廉，處理效果佳，化學(xué)沉淀法被廣泛應(yīng)用于各類含鉻污水處理中。

　　化學(xué)沉淀法廢水除鉻工藝主要有：鋇鹽法、還原沉淀法等。鋇鹽法為廢水中的鉻酸鹽與碳酸鋇等反應(yīng)生成絮凝物，沉淀后再利用石膏過濾，將水中殘留的Ba2+去除，再用微孔過濾器將碳酸鋇沉淀濾除。鋇鹽法為電鍍行業(yè)廢水除鉻較為常用的方法，其優(yōu)點是處理后的水可達到車間回用水標準，可用于水洗工序。還原沉淀法是目前較為常用的含鉻廢水處理工藝，其原理為在酸性條件下，還原劑將Cr(+VI)還原成Cr(+III)，然后加入石灰或NaOH，使其生成Cr(OH)3沉淀。還原沉淀法具有投資小、運營穩(wěn)定、成本低、處理效果好等優(yōu)勢，因而可以廣泛應(yīng)用。

　　這種處理方法的化學(xué)工藝簡單成熟，是工程中最常用的工藝;但污泥量大是化工過程中常見的問題，限制了其在放射性含鉻廢水處理中的應(yīng)用。過氧化氫是一種環(huán)境友好的氧化還原劑，其分解產(chǎn)物僅為水和氧超濾(UF)，是一種以膜為過濾介質(zhì)的分離技術(shù)。近年來由于其高效、便捷的運行方式，在污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。將原藥劑改性為超濾膜處理，采用“氧化還原-沉淀-超濾”工藝模擬含鉻放射性廢水，是一種高效、二次產(chǎn)廢少的處理方法，去除率可高達99.9%。

　　3.2 化學(xué)沉淀法處理含鉛廢水

　　工業(yè)中常用鉛作為化學(xué)原料，比如選礦、電池生產(chǎn)、石油化工產(chǎn)業(yè)等。鉛及含鉛化合物都具有生物毒性，無組織排放含鉛廢水會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害，滲漏到土壤中又會造成土壤鉛超標，對農(nóng)作物生長造成危害，進而影響人體健康。我國國家標準《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中明確規(guī)定鉛為一類污染物，對車間排放口及總排口均有嚴格的控制指標。同時，多個地區(qū)將鉛作為總量控制指標，嚴格控制鉛的排放。含鉛廢水處理方法主要有吸附、化學(xué)沉淀、離子交換、電解、膜分離、生物法等。其中化學(xué)沉淀法因其一次投資較小，操作簡便，運營費用較小而被廣泛采用�；瘜W(xué)沉淀法處理含鉛廢水主要有磷酸鹽沉淀、氫氧化物沉淀及鐵氧體沉淀法等工藝，作用原理主要為鉛與沉淀劑反應(yīng)生成沉淀物，而后進行過濾去除。

　　實際生產(chǎn)中，除鉛工藝以氫氧化物沉淀法應(yīng)用較多，沉淀劑主要有石灰、燒堿純堿、氫氧化鎂等。氫氧根離子與重金屬是否能生成難溶的沉淀物取決于溶液中二者濃度，pH值=9.2～9.5時，Pb(OH)2沉淀效果最佳，pH值>9.5時，隨著pH的增大，會出現(xiàn)反溶現(xiàn)象，沉淀效果反而急速下降。磷酸鹽沉淀法反應(yīng)機理為廢水中鉛離子與PO3-4發(fā)生反應(yīng)生成磷酸鉛沉淀。在同樣溫度下，不溶性鉛鹽中Pb3(PO4)2溶解度最小，沉淀速度最快。在投加磷酸鹽的同時投加助凝劑(如PAM等)，由于吸附架橋的作用，可大大加速絮凝物凝聚，提高除鉛效率。鐵氧體沉淀法是一種新興的廢水除鉛方法，在廢水中加入FeSO4溶液，鉛離子與硫酸亞鐵生產(chǎn)具有磁性的鐵氧體析出。這種方法適用于復(fù)雜性重金屬廢水，但處理過程需要熱源，能耗較大，且處理時間較長。與其他處理方法相比，化學(xué)沉淀法對于高含鉛廢水具有顯著的處理效果，含鉛廢水可穩(wěn)定達標排放。

　　四、結(jié)論

　　化學(xué)沉淀法是現(xiàn)今污水處理行業(yè)不可或缺的處理工藝，在處理無機非金屬高含量氨氮、含磷廢水、劇毒含砷廢水、重金屬離子含鉻、含鉛等廢水時，根據(jù)廢水質(zhì)的不同特點及沉淀反應(yīng)，有針對性的選擇處理方案，可達到最佳的處理效果。(來源：(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院)