硫酸鹽的環(huán)境危害及含硫酸鹽廢水處理技術(shù)

楊永紅，秦 坤

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shù)

楊永紅，秦 坤

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jīng)過近些年的實(shí)踐已經(jīng)取得了初步的成效。首先對(duì)硫酸鹽廢水的諸多危害進(jìn)行了介紹，進(jìn)而針對(duì)硫酸鹽廢水的處理問題提出了幾個(gè)合理的化學(xué)處理方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行了分析和論述。

硫酸鹽；環(huán)境危害；硫酸鹽廢水；化學(xué)處理工藝

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一些工業(yè)企業(yè)的規(guī)模得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大，但其生產(chǎn)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(chǎn)廢水的處理和排放。對(duì)于電鍍行業(yè)來說，電鍍廢水中存在大量的硫酸鹽物質(zhì)，這些物質(zhì)如果不能得到很好的處理直接排放到水體中，無論是對(duì)于生態(tài)環(huán)境，還是對(duì)于周邊的生物都會(huì)帶來極大的影響。現(xiàn)如今處理硫酸鹽廢水的方法有很多，經(jīng)過近些年的實(shí)踐已經(jīng)取得了初步的成效，本文就針對(duì)硫酸鹽廢水的處理工藝進(jìn)行如下的分析和論述。

1 硫酸鹽廢水的危害

含有硫酸鹽的廢水一旦被排放到水體中就會(huì)對(duì)水體造成很大程度的污染。其中，硫酸鹽物質(zhì)會(huì)在水體中慢慢擴(kuò)散，最終在水底進(jìn)行沉積，產(chǎn)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(huì)變得非常活躍、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(dòng)的加快，流入水體的；硫酸鹽就會(huì)被逐漸還原，其中的SO4

2-就會(huì)被還原成為 S2-，這些硫離子會(huì)和沉積層中的大部分金屬離子結(jié)合，產(chǎn)生大量的金屬硫化物，這些物質(zhì)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(yīng)，生成難降解的金屬硫化物之外，還能和水體中的一些有機(jī)物結(jié)合產(chǎn)生一些含硫的有機(jī)化合物。硫酸鹽廢水具體危害還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 加速了水體中甲基汞的產(chǎn)生

通常水體中會(huì)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(huì)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(yīng)，形成硫汞絡(luò)合物，這些絡(luò)合物經(jīng)過一定的時(shí)間，在水體中就會(huì)慢慢轉(zhuǎn)化為甲基汞。而同時(shí)硫酸鹽本身處于一個(gè)被還原的過程，這在一定程度上也促進(jìn)了甲基汞這種物質(zhì)的生成。甲基汞是一種含劇毒性的金屬有機(jī)化合物，這種物質(zhì)在水體中形成會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境和動(dòng)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(diào)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(jìn)作用，硫酸鹽的還原過程會(huì)變得非常活躍，成生大量的化學(xué)衍生物，這其中就包括硫化氫。H2S這種物質(zhì)本身具有非常強(qiáng)的毒性，一旦水體中含有這一類物質(zhì)，就會(huì)給水中的各種生物：微生物、魚類、藻類等帶來嚴(yán)重的污染，最終導(dǎo)致各種生物的死亡和滅絕，這就會(huì)使水體喪失其所具備的生態(tài)調(diào)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(jīng)過一定的反應(yīng)這些SO42-會(huì)轉(zhuǎn)化成S2-,這些硫離子會(huì)和水中的金屬離子發(fā)生化合反應(yīng)產(chǎn)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(duì)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(dǎo)致了水體中的生態(tài)平衡遭受破壞[1]。

2 硫酸鹽廢水的處理技術(shù)

2.1 化學(xué)沉淀法

沉淀法是采用化學(xué)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(xué)沉淀法處理含硫酸鹽的廢水，就得探討什么物質(zhì)和SO42-能夠發(fā)生化合反應(yīng)生成不易分解的物質(zhì)。

2.1.1 硫酸鋇化學(xué)沉淀法

通過硫酸根化合物的溶度積常數(shù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)（表1），鋇鹽能夠和硫酸根物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成的硫酸鋇化合物本身的溶度計(jì)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(jìn)行化學(xué)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(jìn)行一次預(yù)處理，去除水體中含有的碳酸根離子，這是因?yàn)橄嗤磻?yīng)條件下，鋇離子會(huì)先和碳酸根離子發(fā)生化合反應(yīng)，然后才會(huì)和硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)。如果不經(jīng)過預(yù)處理將水體中碳酸根離子去除的話，會(huì)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常可以采用石灰軟化這種處理方法。由于水體中還有一部分的重碳酸根，可以將水體酸堿性調(diào)節(jié)到5.6左右，在弱酸性的條件下水中的重碳酸根就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成CO2排出水體之外。

此外，由于硫酸鋇沉淀形成的時(shí)間比較長，需要對(duì)其進(jìn)行控制，如果控制不好的話，硫酸鋇沉淀會(huì)慢慢轉(zhuǎn)化成硫酸鋇膠體，這樣就起不到實(shí)際的去除硫酸根作用。采用硫酸鋇化學(xué)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(shí)由于鋇鹽價(jià)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(duì)水中殘留鋇離子的去除，否則會(huì)對(duì)水體造成一定的污染。

2.1.2 硫酸鈣化學(xué)沉淀法

由于鋇鹽價(jià)格比較貴，因此在實(shí)際的生產(chǎn)過程中通常會(huì)采用碳酸鈣化學(xué)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(yù)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(chǎn)生溶解性較差的CaSO4來達(dá)到去除廢水中硫酸鹽的目的。通常情況下，采用硫酸鈣化學(xué)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(dá)不到國家相關(guān)行業(yè)的具體排放標(biāo)準(zhǔn)，所以需要進(jìn)行二次處理，采用硫酸鈣化學(xué)沉淀法往往被用來進(jìn)行廢水處理的預(yù)處理環(huán)節(jié)[2]。

鈣礬石沉淀法是由硫酸鈣化學(xué)沉淀法引申出來的一種廢水處理方法，具體的反應(yīng)機(jī)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(duì)廢水的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中一部分的金屬離子和碳酸根離子就會(huì)被去除，然后再經(jīng)過沉淀分離，向廢水中加入一定量的鋁鹽，將SO42-轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)在11.4～12.1左右。經(jīng)過沉淀分離之后，還需要在水中加入一部分的碳酸根物質(zhì)來去除水中殘留的一些鈣離子，最后在廢水達(dá)標(biāo)排放前還需要將水體調(diào)節(jié)成中性[3]。

采用這種方法應(yīng)用于實(shí)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(diào)查表Table 1 Common sulfate compound solubility product constant questionnaire

2.1.3 化學(xué)沉淀法的相關(guān)影響因素

（1）反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)時(shí)間在60 min左右時(shí)對(duì)廢水中硫酸根處理的效果最好(圖1)。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on treatment effect

（2）反應(yīng)溫度對(duì)處理效果的影響(圖2)

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)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(duì)處理效果的影響(圖3)

圖3 硫酸根初始含量對(duì)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(dāng)廢水中硫酸根離子的初始濃度超過1 350 mg/L左右時(shí)，處理的效果最好[4]。

（4）鋁鹽含量對(duì)處理效果的影響(圖4)

2.2 單質(zhì)鐵還原法

通過英國的研究中心調(diào)查研究表明，一些金屬單質(zhì)如：鈣、鐵、鋅、銅、錳等都會(huì)和硫化氫發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物質(zhì)，進(jìn)而到達(dá)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(jìn)作用，硫酸鹽的還原過程會(huì)變得非常活躍，成生大量的化學(xué)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(zhì)后可以使水體中的硫離子保持在一個(gè)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(xué)藥劑，節(jié)約了處理的成本，另一方面鐵鹽對(duì)于降低氧化還原的電位效應(yīng)效果十分明顯。但這種方法也存在一些缺點(diǎn)：運(yùn)行成本較高。

圖4 鋁鹽含量對(duì)處理效果的影響Fig.4 Effect of aluminum salt content on treatment effect

3 結(jié)束語

綜上所述，硫酸鹽廢水對(duì)于環(huán)境的影響是多方面的，對(duì)這一類廢水進(jìn)行有效的處理已經(jīng)變得迫在眉睫。一方面，有關(guān)部門要加大監(jiān)管力度，盡快完善相關(guān)方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)的建設(shè)，另一方面，企業(yè)也要從自身出發(fā)，加強(qiáng)廢水處理技術(shù)的研究力度，這對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的道路具有深遠(yuǎn)的意義。

［1］朱政, 張銀新, 蔣文強(qiáng), 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(fù)鹽法脫除工業(yè)廢水中的硫酸根[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(zhì)鐵強(qiáng)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(jí)講師，工學(xué)碩士，2009年畢業(yè)于東南大學(xué)應(yīng)用化學(xué)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(shù)研究。