废水处理(treatment of wastewater)

清除湿法冶金废水中的有害物质并同时回收有用物质使之能回用或达到排放标准的过程，为现代湿法冶金流程的组成部分。有色金属湿法冶金原料和产品繁多，生产流程各成体系，用水量大，工艺过程中常需加入酸、碱及其他化学药剂，产出的废水是污染环境的主要工业废水之一，必须经过处理才能回用或排放。

分类  湿法冶金废水的特点是：(1)种类繁多，随生产原料、材料和工艺不同，差异极大；(2)水质成分复杂多变，通常都含有多种金属离子和其他有毒有害物质；(3)大多为强酸性或强碱性废水；(4)排放量多而且变化大。

根据污染程度和来源，湿法冶金废水一般可分为三类。第一类是无污染或轻度污染的废水，主要有工业窑炉、立管式除尘器、机器设备的间接冷却水，蒸汽冷凝水，以及金属铸锭等的直接冷却水。这类废水降温后，可以直接或经一般处理后重复使用。第二类是中度污染的废水，包括残渣冲洗水、滤饼洗涤水以及设备、地板冲洗水。这类废水的水质水量变化大，必须经过处理后才能回用或排放。第三类是严重污染的废水，如湿式净化有毒有害烟气和气体的洗涤水，浸出、净化、电解等工艺过程中产出的废酸、废液。这类废水一般都含有大量的金属离子，具有强的酸性或碱性，有的含有汞、镉、铬、铅、砷、氰、氟等有毒有害物质，必须经过恰当处理才能考虑重复回用，或经过深度净化才能排放。

处理原则  针对湿法冶金工艺过程及其废水的特点，湿法冶金废水的处理原则是：(1)要根据污染程度的轻重进行清污分流，分别处理；(2)处理的程度要根据生产用水的要求，使处理后的水便于回用；(3)处理后含有大量有价成分的浓缩产物要回收利用；(4)要根据湿法冶金工艺过程自身的特点，尽可能实行以一个工段、一个车间乃至整个工厂组成“废水回用闭路循环用水系统”，把生产过程中所产出的废水直接或经恰当处理后返回到生产过程中去，不补充或只补充少量新水，而不排放废水；(5)极少量不得不排放的废水，必须经过无害化处理。

处理方法  湿法冶金废水处理方法的选择，要根据废水的水质、水量特征和处理要求而定，常用的处理方法列于表。

湿法冶金废水的处理方法一般可分为两种类型:一类是有相转变的方法，亦即使废水中呈溶解状态的金属离子转变成为不溶的金属化合物或单质，然后通过液固分离从废水中去除。这类方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、隔膜电解法等。另一类是没有相转变的方法，亦即将废水的金属离子在不改变其化学形态的条件下进行分离和浓缩。这类方法有离子交换法、吸附法、电渗析法、反渗透法、蒸发法等。第一类是传统的处理方法，技术上成熟，设备简单，应用普遍；但工序多，液固分离麻烦，残渣处理困难。第二类方法能使金属离子以原状浓缩，便于回收利用，从废水回用的角度看优于第一类，并且不产残渣。但这类方法不适于处理大流量废水，有时受经济和技术的限制。最常用的处理方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法(见沉淀)、离子交换法、电渗析法、反渗透法(见膜分离)。

中和沉淀法  也称为氢氧化物沉淀法，它是目前从废水中去除金属离子使用最普遍的有效而经济的方法。大多数金属的氢氧化物都是难溶解的，它们的溶度积都很小。当向废水中投加碱性中和剂时，废水中的金属离子Meⁿ⁺便与0H^-离子反应形成金属氢氧化物沉淀：

Meⁿ⁺+n0H^-→Me(0H)n

对一定浓度的某种金属离子而言，废水的pH值为沉淀金属氢氧化物的主要条件。根据金属氢氧化物沉淀一溶解平衡理论，Me(0H)n的溶度积Ksp=[Meⁿ⁺][0H]ⁿ，以及水的离子积Kw=[H⁺][0H^-]=10^-14，可以得出与氢氧化物沉淀共存的金属离子平衡浓度[Meⁿ⁺]和pH值的关系式为：

lg[Meⁿ⁺]=lgKsp+14n+npH

式中[]代表浓度。一些金属离子的一lg[Meⁿ⁺]与pH的关系如图。

由上式和图可知，在一定范围内，pH值越高，废水中残留的金属离子浓度越低。但锌、铅、镉、铬等两性金属在pH值过高的情况下，会形成羟基配合物而使其沉淀物再溶解。另外，当废水中含有多种金属离子共存时，会出现共沉淀现象，共沉淀所需的pH值比单独一种金属离子沉淀的低。因此，处理多组元废水时，合适的pH值需通过试验确定。中和沉淀法最常用的沉淀剂有石灰乳(氢氧化钙)、石灰石(碳酸钙)，有时也用碳酸钠、苛性碱(氢氧化钠)、白云石等，石灰中和法处理工业废水。

硫化物沉淀法  金属硫化物的溶度积一般比金属氢氧化物的溶度积小得多，因此硫化物沉淀法能更有效地处理金属废水，特别是含汞废水和含镉废水。但此法所用的硫化钠沉淀剂价格较贵；采用硫化氢沉淀剂pH金属离子浓度对数与pH值的关系则容易从废水中逸出，反应后剩余的S。一离子还需要再处理；此外，硫化物沉淀颗粒小，液固分离困难。因此，只在少数情况下使用。

离子交换法  借助于离子交换剂中的可交换离子与废水中离子进行交换，而去除废水中有害离子的方法。离子交换法具有多方面的分离作用，不但可以转换、去除废水中的有害物质，而且可以浓缩回收其中的有价组分，变害为益；离子交换剂再生后可反复使用；交换过程的数量关系可以方便地用化学计量法进行计算、控制，操作方便、灵活。因而，离子交换法是处理金属离子废水，分离、浓缩、回收有价金属的有效方法。目前应用最广泛的交换剂是离子交换树脂，其中螯合离子交换树脂对过渡族金属和高价金属离子具有更好的选择性。离子交换设备有固定床、移动床和流动床等型式。离子交换过程包括交换、反洗、淋洗(再生)、正洗等四个基本步骤。

电渗析法  在直流电场的作用下，利用离子交换膜对废水中离子的选择透过性，即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，分别产出淡水和浓液，使废水中的离子与水分离的一种方法。电渗析的设备叫做电渗析器，它是由电极、离子交换膜、隔板组成。电渗析主要用于处理水量较小，并有回收利用价值的金属离子废水。

反渗透法  以大于溶液渗透压的外压力为推动力，利用反渗透膜只允许水分子通过的选择透过性，使废水中的溶质与水分离的方法。此法具有设备简单、占地面积小、不消耗药剂等特点，是淡化水和分离金属离子的一种新方法。

发展趋势  在水和金属原料资源日渐短缺以及环境污染治理日趋迫切的情况下，把废水作为一种水和物质资源，通过处理后，既减轻或消除对环境的污染，又回收利用水和废水中的有价金属，同时获得环境和经济双效益。因此，采取零排放的“废水回用闭路循环用水系统”应用先进高效分离处理新技术，是今后湿法冶金废水处理的主要发展趋势。