電滲析法處理飛灰及其浸出液的研究進展

汪鳳寶，龐瑞華，蔣 友，胡友彪，查甫更

（安徽理工大學地球與環境學院，安徽 淮南 232001）

垃圾焚燒飛灰易富集大量重金屬，屬于危險廢物（HW18）。飛灰中重金屬具有較高浸出毒性，與酸溶解態重金屬含量呈強相關性[1]，降低飛灰的浸出毒性的主要途徑有固化/穩定化、熱處理和分離萃取[2]。

電滲析技術已廣泛地應用于海水淡化[3]和污泥[4]等污染物的處理過程中，實現相關物質的分離、濃縮和去除。本文以電滲析技術處理飛灰及其浸出液為研究對象，介紹相關研究成果，并對其最新研究動態進行探討。

1 電滲析原理及過程

電滲析法是直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使水中帶電離子快速遷移并與水溶液分離的一種處理技術。在兩個電極之間分別放置陽離子和陰離子交換膜，待處理溶液中含有的陽離子（重金屬等離子），在外加電場的作用下做定向移動，向陰極移動，陰離子向陽極移動，由于陰陽離子的選擇透過性，促使待處理溶液中的離子與原溶液實現分離。在整個電滲析反應過程中，主要反應過程為反離子遷移，次要反應過程主要包括同離子遷移、濃差擴散、水的滲透、壓差滲漏和水的電離[5]。

2 電滲析處理飛灰浸出液

電滲析處理飛灰浸出液主要體現在分離濃縮和回收兩個方面。魏國俠等[6]采用電滲析法分離醫療垃圾焚燒飛灰浸出液中重金屬，指出了電流密度、液固比、處理時間等參數均對浸出液中重金屬移除的有影響，此外，不同的浸出劑對電滲析移除浸出液中重金屬也有影響，對不同的重金屬的影響差別較大[7-8]。如何從浸出液中回收重金屬一直都是目前研究的重點。Nancharaiah[9]總結了各種重金屬被回收或處理所需的電極電位，并指出各種重金屬的作用效果受浸出液pH值、初始濃度、電極、膜等因素影響。Yang[8]利用陰極電沉積法回收酸浸出液中的25.7%Pb和59.8%Cu，但在經濟上不可行[10]。

3 電滲析處理飛灰

電滲析技術可加速飛灰中重金屬的分離，移除飛灰中重金屬作用效果與電流強度、修復時間、助劑、反應體系pH值、攪拌速率、固液比、反應器構造、飛灰特性和重金屬化學形態等因素有關[11]。提高電流強度有利移除飛灰中Zn和 Pb，對Cr的移除率的提升有限[12]。電滲析裝置的構造對電滲析效果也有顯著影響，Chen[13]發現在2室反應裝置中，酸化過程更快，陽極室中浸出液與電極直接接觸而使電滲析性能更好，但Kirkelund比較發現3室的處理效果更好，并指出影響重金屬浸出毒性和移除效果的重要因素是反應體系的最終pH值。添加攪拌裝置避免在電極處和離子交換膜上沉淀并提升了重金屬的去除效果，投加助劑提高重金屬的浸出濃度也能提高重金屬移除效果。Pedersen證實電滲析移除飛灰中Pb、Zn的效果與飛灰的 pH值有關，還與飛灰重金屬化學形態有關；在眾多影響因素中，反應時間對重金屬的去除影響最大，且對不同重金屬的影響存在差異[12]。

4 電滲析技術飛灰的研究趨勢

電滲析技術的核心在于離子交換膜，而飛灰及其浸出液中硅酸鹽、鋁化合物形成的膠體物質易造成離子交換膜的污染。膜構件的發展是電滲技術應用推廣的最大動力；降低電滲析技術處理成本也是未來研究考慮重點，目前有關學者提出利用微生物燃料電池產電來分離回收飛灰浸出液中重金屬，但微生物燃料電池的輸出電壓和產電量阻止其應用；采用電滲析技術與膜分離技術耦合提高重金屬分離效果也是未來研究方向。