目前處理含鉈廢水工藝主要有化學沉淀法、吸附法、離子交換法、膜法和生物法，其中化學沉淀法與電化學法較為成熟�；瘜W沉淀法是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態(tài)的鉈轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于水的鉈化合物，再用硫化沉淀法或堿沉淀法過濾和分離。硫化沉淀法處理鉈污染廢水，形成的難溶物Tl2S離子積為5.0×10-21，理論上鉈質(zhì)量濃度最大可降至45μg/L，無法達到工業(yè)排放標準。電化學法重金屬廢水處理技術主要是在絮凝、沉淀廢水處理工藝中加入1套電化學處理系統(tǒng)，進一步降低出水中各重金屬離子含量，其優(yōu)點為處理效率受水質(zhì)影響較小，可處理高濃度含鉈廢水，不同水質(zhì)的中試試驗表明出水大多能穩(wěn)定達標，運行操作方便，但總投資偏高。
1、J20重金屬深度處理設備
多種工藝協(xié)同去除重金屬鉈是發(fā)展趨勢，為此，山東章丘鼓風機股份有限公司聯(lián)合澳大利亞昆騰環(huán)保濾料有限公司共同研發(fā)出深度去除重金屬鉈的新型水處理設備——J20重金屬深度處理設備（以下簡稱“J20設備”）。J20設備核心產(chǎn)品是水處理過濾材料DMI-65，其基體呈獨特微孔結(jié)構(gòu)、具有高硬度的海砂，經(jīng)特殊工藝處理后，有效成分可永久與基體熔合，以低濃度氧化劑為反應劑，可深度去除水中的鉛、鋅、鐵、錳、鎳、銅、砷、鉻、鎘、銻和鉈等重金屬。
1.1 J20設備技術原理
DMI-65濾料采用日本專有“注入技術”，將高價錳氧化物等有效成分注入海砂內(nèi)，與基體永久融合，在少量氧化劑（一般采用次氯酸鈉）的保護下，錳氧化物持續(xù)處于高價活性狀態(tài)。高價錳氧化物憑借其低等電點（＜2）以及表面大量的負電羥基官能團，從而對重金屬離子具有良好吸附活性。高價錳氧化物表面大量的負電羥基官能團與一定量的重金屬離子結(jié)合，生成氫氧化物沉淀。生成的氫氧化物沉淀被具有獨特微孔結(jié)構(gòu)的濾料吸附脫除。運行期間，定時對DMI-65進行反洗，使濾料具有持續(xù)去除重金屬的作用。
1.2 J20設備技術優(yōu)勢
J20設備的技術優(yōu)勢有以下幾點：
1）對大多數(shù)重金屬都有良好的深度去除效果。
2）設備安裝簡單，投入與運行成本低，且全自動化，通過控制余氯指標自動調(diào)節(jié)次氯酸鈉加入量，控制重金屬離子濃度或固體懸浮物濃度指標自動調(diào)節(jié)反洗頻率。
3）整個處理工藝形成閉環(huán)通路。用部分出水反洗濾料，反洗水經(jīng)沉淀后上清液重新進入設備，沉渣經(jīng)壓濾作為廢棄物處理。該閉環(huán)流程既保證廢水達標，又保證無新污水產(chǎn)生。
4）DMI-65濾料硬度較大，經(jīng)激烈反洗仍能較長時間保持完整，若進水各項指標達標，則具有較長壽命。
5）工業(yè)化J20設備采用標準集裝箱作為設備集成平臺和外殼。標準集裝箱外殼具有良好的防腐功能和強度設計，為設備運行提供穩(wěn)定場所。所有設備為人機交互系統(tǒng)控制，實現(xiàn)觸屏或移動端設置、自動運行、在線監(jiān)控及數(shù)據(jù)上傳等功能。J20設備集裝箱示意見圖1。
2、含鉈冶煉廢水處理中試試驗
2.1 冶煉廢水概況
廣西某有色冶煉公司硫酸廠冶煉過程中產(chǎn)生大量含重金屬廢水，廢水量約2000m3/d，曾采用“石灰+鐵鹽+電化學+重金屬捕捉劑”法加以處理，為使鉈質(zhì)量濃度低于企業(yè)內(nèi)部控制標準0.005mg/L，決定采用“石灰中和+氧化+鐵鹽沉淀+純堿除鈣+鐵鹽+J20設備過濾”工藝，在現(xiàn)有廢水處理設施上進行中試試驗。原水水質(zhì)及處理要求見表1。
2.2 中試試驗工藝流程
2.2.1 中試試驗設備及藥劑
中試試驗設備及藥劑見表2。
2.2.2 中試試驗流程及參數(shù)
中試試驗流程及參數(shù)見圖2。
2.2.3 中試試驗流程簡述
中試試驗以該冶煉廠污酸廢水經(jīng)石灰中和后的混合液作為原水進行試驗，經(jīng)三級反應沉淀池預處理后進入J20重金屬深度處理系統(tǒng)處理后達標排放。其中，一級、二級和三級沉淀槽對應冶煉廠污水站現(xiàn)有的1，2，3號斜板沉淀，預處理沉淀槽對應污水站現(xiàn)有的新濃密機。中試整體工藝流程與冶煉廠污水站現(xiàn)有水處理工藝路線保持一致，對后續(xù)整體系統(tǒng)的優(yōu)化與改造具有指導意義。
中試試驗流程如下：
1）投加次氯酸鈉。
鉈在水中存在一價和三價兩種價態(tài)，一價態(tài)的鉈離子在水中存在更廣泛，而三價態(tài)的鉈離子在水中更易被三價鐵所形成的膠體吸附，Tl(OH)3也更易形成沉淀。因原水中存在硫離子等還原性物質(zhì)使整體顯還原性，為了將鉈從一價態(tài)氧化為三價態(tài)，需將原水從還原性改變?yōu)檠趸浴慕?jīng)濟方面考慮，次氯酸鈉為最佳氧化劑。
2）投加聚合硫酸鐵。
由于進水pH值呈堿性，投加的三價鐵會形成大量氫氧化鐵膠體，對水中銻、鉈和砷有吸附作用。加入鐵，會使得水中氫氧根離子被消耗，降低水體pH值。pH值下降過程中，次氯酸鈉的氧化性得以加強。在此過程中，水中的鉈被充分氧化。產(chǎn)生的沉淀是氫氧化鐵、氫氧化鋅、氫氧化銅、氫氧化鉛以及氫氧化鉈和氫氧化銻的共聚物，成分非常復雜。
3）投加純堿。
純堿可去除鈣離子，且提高pH值。為降低綜合成本，在該工藝環(huán)節(jié)通過投加純堿將水的pH值提至10。此過程產(chǎn)生的沉淀主要是碳酸鈣及少量氫氧化鐵。
4）投加硫酸鐵。
由于進水pH值呈堿性，投加的三價鐵會形成大量氫氧化鐵膠體，可進一步吸附水中銻、鉈和砷。由于鐵的加入，水中的氫氧根離子被消耗，降低水體pH值。由于酸性條件下氫氧化鉈會部分出現(xiàn)返溶現(xiàn)象，因此在第二級鐵鹽吸附預處理過程中必須控制硫酸鐵投加量，防止pH值過低。在第二級的預處理過程中，鐵鹽吸附去除最多的重金屬離子是砷和銻，隨著工藝流程的進行，在最后的鐵鹽回調(diào)pH值步驟時，鉈被充分氧化，此時再投加鐵鹽，可充分去除水中的鉈。該過程產(chǎn)生的沉淀主要是氫氧化鐵、氫氧化鉈和氫氧化銻的共聚物，相比一級鐵鹽吸附，成分較為簡單，是預處理去除銻和鉈的關鍵步驟。
5）J20重金屬深度處理系統(tǒng)由DMI-65重金屬深度處理單元加藥系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)組成。DMI65重金屬深度處理單元采用澳大利亞引進DMI-65高效催化氧化過濾技術，對包括銻、鉈在內(nèi)的重金屬離子進行深度處理，出水重金屬離子指標達到排放標準。
2.3 中試試驗結(jié)果
對J20設備出水進行檢測，試驗結(jié)果見表3。
由表3可見：J20設備出水中鉈含量均符合DB36/1149—2019《工業(yè)廢水鉈污染物排放標準》。J20設備出水中銻含量符合GB31573—2015《無機化學工業(yè)污染物排放標準》。
2.4 藥劑成本分析
水處理所用藥劑成本見表4。
J20設備水處理費用見表5。
冶煉廠含鉈廢水處理成本需4.44元/t，可使出水穩(wěn)定達標。
3、結(jié)語
采用“石灰中和+氧化+鐵鹽吸附+純堿除鈣+鐵鹽沉淀+J20設備過濾”工藝可有效脫除冶煉廢水中的重金屬銻與鉈，出水穩(wěn)定達標，且整個處理工藝運行費用較低，比原處理工藝節(jié)省電費約2元/t。（來源：山東省章丘鼓風機股份有限公司）
