重金属污水微电解法处理技术重金属污水微电解法处理技术弃矿弃矿 // 渣场中重金属稳定化技术渣场中重金属稳定化技术

王海峰王海峰

• 贵州大学材料循环与工业生态研究中心建立于 2003 年，主要从事以下方向研究：

（ 1 ）金属材料、非金属材料的工业及社会循环工艺技术研究

（ 2 ）“三废”治理（资源化治理）与综合利用技术研究

（ 3 ）冶金及化工提取分离技术研究

（ 4 ）工业生态循环链接与清洁生产技术研究

（ 5 ）产品生命周期及生产工艺生态设计研究

• 近年来开展的部分研究：

（1 ）赤泥综合利用研究（部分已中试）

（2 ）软锰矿吸收SO2 制取MnSO4 工艺技术研究（已中试）

（3 ）磷矿伴生碘资源回收技术研究（已产业化，省科技进步一等奖）

（4 ）磷、煤化工污水资源化利用技术研究

（5 ）重金属污水处理系列技术研究（微电解技术、铁氧体技术、螯合技术）

（6 ）工业冷却循环水电化学法除垢、缓蚀、杀菌灭藻技术及装备研究（中试）

（7 ）湿法冶金渣、高炉渣、冶金红尘的综合利用技术研究

重金属污水微电解法处理技术重金属污水微电解法处理技术简 介简 介

• 技术背景

重金属污水常采用化学（药剂）沉淀法处理，化学沉淀法具有工艺成熟、适应范围广，设施设备简单等特点，但也存在运行费用高、去除率受溶度积限制、水中残存重金属离子浓度高、运行管理难度大、工艺连续运行状态差等特点。

膜法虽然具有出水稳定性强、出水质量高的特点，但预处理要求严格、投入及运行成本高，极大影响了推广应用范围。

因此，研究一种适应范围广、运行管理简单、处理成本低的重金属污水处理方法具有较为广阔的前景。

• 技术原理

微电解法是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理的工艺，又称电化学过滤法。

在微电解装置（或设施）中填充微电解填料，当废水通过时，以废水为电解质媒介，填料形成原电池，通过填料表面发生的电化学反应和絮凝作用达到净化废水的目的。

传统填料为：铁屑 +碳粒

基本原理

当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

阳极反应： Fe － 2e →Fe2+　 E0(Fe2+/Fe)=-0.44V

阴极反应： 2H+ ＋ 2e→H2↑　 E0(H+/H2)=0.00V

当废水中存在重金属离子时，部分重金属离子在阴极发生氧化还原反应。如当水中存在 Cr6+ 时

阴极反应： Cr2O72- ＋ 14H+ ＋ 6e→ 2Cr3+ ＋ 7H2O

　　

酸性有氧气时： O2 ＋ 4H+ ＋ 4e→2H2O 　 E0(O2)=1.23V

　　　　有氧气时： O2 ＋ 2H2O ＋ 4e→40H-

E0(O2/OH-)=0.40V

　 反应中生成的 OH －将提高污水 pH值，由氧化生成的 Fe3+逐渐水解生成聚合度大的 Fe(OH)3 胶体絮凝剂 , 可以有效地吸附、凝聚水中的污染物 , 可通过共沉淀作用增强对重金属废水的净化效果。

微电解法用于重金属污水处理的技术特点 (1) 具有还原作用； (2) 可作用重金属污染物范围广； (3) 工艺流程简单、操作维护方便、运行成本低、处理效果稳定。处理过程中只消耗少量的微电解填料。微电解填料只需定期添加无需更换。 (4) 废水经微电解处理后会在水中形成原生态的亚铁或铁离子，具有较好的絮凝及共沉淀作用，无需再加混凝剂，且不会对水造成二次污染； (5) 该技术可作为独立的处理手段或作为组合工艺的核心处理单元。

自 2002 年起国内即有微电解技术运用于重金属污水处理的报道，具体应用涉及电镀、湿法炼锌、湿法炼铜、电解金属锰企业的污水处理。该技术 2009 年或环保部科技进步二等奖， 2010 年被列入《国家鼓励发展的环保技术装备目录》。

但微电解法尚存在以下技术问题，这也是近年来影响微电解技术推广的主要原因：

(1) 填料易钝化板结，一方面影响布水均匀性，另一方面易造成设备（设施）的永久性损坏； (2) 反应速度较慢，反应速度及效率受 pH值影响较大； (3) 铁 /碳填料需活化后装填； (4) 铁 /碳填料需定期更换，劳动强度较大。

自 2009 年以来，我中心针对微电解法处理重金属及难降解有机废水处理技术进行了一系列实验研究，并获得贵州省社会发展科技攻关计划及贵阳市低碳科技计划研究经费支持，主要包括：

（ 1 ）微电解法处理重金属污水的工艺技术研究

微电解法处理含 Cr 、 Mn 、 Sb 、 Hg 、 Ni 、 Zn 、 Pb 等重金属废水及混合重金属废水的工艺条件及组合工艺研究。

（ 2 ）微电解法装备技术研究

微电解法污水处理主体设备（设施）设计、配套设备设施。

（ 3 ）微电解填料研究（江苏鹏鹞环保）

微电解专用填料的研制及反应效果实验。

相关研究为微电解法处理重金属污水的工程及核心设备设计提供了系统的方法和参数，并解决了传统微电解反应器易堵塞、反应速度慢的情况，让微电解法具备了走入实用的条件。

部分实验处理效果

（ 1 ）以微电解法为核心的组合工艺连续处理含 Cr 、含Mn 及混合污水，原水 pH=3 ～ 6 ， Cr6+≤60 mg/L,Mn2+ ≤1500 mg/L条件下，出水平均Cr6+≤0.01 mg/L ，总 Cr ≤0.03 mg/L ，总Mn ≤0.1 mg/L ， pH=7 ～ 9 ，处理成本约 2.2 ～ 2.5 元 /吨水；

（ 2 ）以微电解法为核心的组合工艺连续处理含 Pb 、含 Zn 及混合污水，原水 pH=3 ～ 6 ， Pb≤10 mg/L,Zn≤100 mg/L条件下，出水平均 Pb≤0.04mg/L

， Zn ≤0.2 mg/L ， pH=6 ～ 9 ，处理成本约 1.5 ～ 1.8 元 /吨水。

（ 3 ）以微电解法为核心的组合工艺连续处理含 Sb 污水，原水 pH=4 ～6 ， Sb ≤10 mg/L 条件下，出水平均 Sb≤0.1 mg/L ， pH=6 ～ 8 ，处理成本约 0.8 ～ 1.3 元 /吨水。

后续研究及工作

（ 1 ）近期将与楚天环保公司合作开展微电解法处理含 Sb 污水及微电解法无动力处理含 Sb 污水的现场示范性中试；下一阶段将开展铅锌尾矿（渣）库渗滤液无动力处理中试，希望能获得各级环保部门及领导的大力支持。

（ 2 ）利用该技术协助环保公司开展重金属污水治理工程设计及建设工作。

（ 3 ）开展微电解法处理难降解有机废水的处理研究。

微电解反应连续性实验装置

广东省某厂电镀污水处理微电解反应器

微电解填料

技术协作及推广单位

贵州楚天环保有限公司

贵州荣源环保科技有限公司

贵州新顺环境保护有限公司

贵州贵能安全环保工程有限公司

贵州日新环保工程有限公司

贵州华源环保工程有限公司

贵州九鼎环境工程有限公司

弃矿弃矿 // 渣场中重金属稳定化技术渣场中重金属稳定化技术（在研）（在研）

技术背景

含重金属的弃矿、弃渣及受重金属污染的土壤在大气降水的淋溶作用下可能

溶解进入水体，造成地表水及地下水的污染，同时重金属借助水力作用而发生污染扩散。

受污染区域 /土壤治理通常有固化法、玻璃化法、土壤清洗、高温分离及现地土壤冲洗（含酸洗）法，无论是何种方法都将是以巨大的经济代价为基础的，而且对于无序堆存的历史弃矿弃渣场这些方法都显得较为无能为力。

鉴于国内重金属污染的严重状况，部分科研单位也在大力开展诸如生物法、生态恢复法等方法进行重金属土壤、弃矿 / 渣区域的治理，但因研究投入和时间的关系，目前尚无成熟可行的方法见报。

稳定化技术基本原理

本方法基于利用对环境无害或影响较小的化学试剂对土壤或弃矿 / 渣中的重金属进行稳定化处理。重金属与化学试剂结合生成极为稳定的物质，该物质具备以下特性：

（ 1 ）在中性及弱酸性条件下溶出率极低，防止其在大气降水条件（含酸雨条件）下的溶出及移动，防止重金属随水力移动扩散；

（ 2 ）无毒、结构稳定，防止重金属与其他物质化合而改变形态及理化性质。

实验用渣取自威宁县二塘镇，渣样分析如下：

Cu 120.0mg/L ； Pb 4211.0mg/L ； Zn 352.0mg/L

选取铅锌废渣 1000 g ，研磨至 100 目，使用化学试剂 R+H 进行稳定处理并放置 72小时后，分别用去离子水（ pH=7 ）及0.01% H2SO4 常温溶出 60min ，过滤后检测滤液，以上物质均未检出。

本项目尚在研究过程中，可以预见，该方法与植被恢复相结合对于重金属弃矿 / 渣区域的污染控制将具有较为明显的效果。

谢 谢！欢迎指导并希望得到各位的支持与帮助！

广东省某厂电镀污水处理微电解反应器

微电解填料