铅蓄电池废水处理技术
铅蓄电池废水主要来自化成、涂片等生产过程，废水为酸性（一般pH＜2），主要污染物为一类重金属污染物。吸附法作为常用的铅蓄电池废水的处理方法，简单而高效，在去除重金属和难降解污染物方面有独特优势。吸附材料可分为多孔吸附材料和无孔吸附材料，从环境领域应用的角度看，除了常见的活性炭、树脂和活性氧化铝外，其他得到实际推广应用的吸附材料很少〔1〕。因此，针对铅蓄电池废水的处理，开发高效的吸附材料有很大的市场前景。
电气石是一种典型的高温气成矿物，具有自发极化效应，是高硬度机械化学性稳定不溶于酸的矿物晶体，用于污水处理，通过其晶体表面静电场的作用，将重金属离子吸附到晶体负极，与电气石表面由羟基离解而产生的OH-发生反应，形成相应的沉淀或碱式盐析出，而水中有益成分K+、Na+等则不发生反应，仍保留在水中，具有天然净化的优点。通过水流搅动很容易使沉降物脱离电气石表面，不会达到饱和极限，反应连续不断地进行，电气石材料可持续使用〔2〕。国外电气石已经被应用于水处理中，在我国废水处理尚无应用案例。我国电气石资源十分丰富，总量超过10亿t，资源潜力非常巨大〔3〕。研究探索这种天然矿物材料在废水处理中应用具有广阔的前景。
1实验部分
主要进行电气石对蓄电池铅酸废水吸附效果的研究，研究吸附剂粒径及投加量、吸附温度、吸附时间、废水的初始pH等条件对吸附效果的影响。
1.1实验材料
电气石粉：产自河北省的铁电气石，其主要成分（以质量分数计）包括：SiO234.23%、Al2O332.13%、FeO13.29%、B2O310.15%、MgO3.89%、Fe2O32.80%、Na2O1.78%、H2O1.20%、TiO20.20%、MnO0.33%。
铅蓄电池废水：取自某铅蓄电池车间排水，其中总镉质量浓度为0.2~1.5mg/L，总铅质量浓度为18~41mg/L。
仪器：ORION-CHN868型pH计，美国ThermoOrion公司；磁力加热搅拌器，金坛市万华实验仪器厂；AA-670型原子吸收分光光度计，日本岛津公司。
1.2实验方法
采用静态吸附试验，为保证实验数据的准确性，每次条件改变进行3次平行实验。
2讨论与分析
2.1溶液pH对镉、铅去除率的影响
分别取500mL铅蓄电池重金属废水，其中总镉质量浓度为1.5mg/L、总铅质量浓度为35mg/L，调整溶液pH分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10，投加2.0g粒径为0.5μm的电气石粉，电磁搅拌25min后，取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率，结果见图1。
图1废水pH对镉、铅去除率的影响
从图1可知，在pH为3~6的范围内，随着废水pH的增加，镉、铅的去除率呈上升趋势，当pH达到6时，废水总镉质量浓度降到0.014mg/L、总铅质量浓度降到0.35mg/L。在pH为6~8的范围内，电气石对重金属镉、铅的吸附作用保持稳定，处理效果显著。这是因为，当废水的pH过低时，大量的氢离子会与电气石表面释放出的负离子反应，使之质子化程度增高，将会使电气石对重金属离子产生排斥力，不利于吸附反应的进行〔4〕。本实验中，有效去除镉、铅的最佳pH=6。
2.2电气石粒径和用量对总镉和总铅去除率的影响
取500mL铅蓄电池重金属废水，其中总镉质量浓度为1.5mg/L、总铅质量浓度为35mg/L，投加粒径分别为0.5、1.0μm的电气石0.1~2.0g，电磁搅拌25min后，取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率，结果见图2、图3。
图2电气石粒径0.5μm时电气石用量与镉、铅去除率
图3电气石粒径1.0μm的电气石用量与镉、铅去除率关系
从图2、图3可知，投加粒径为1.0μm的电气石，当电气石投加质量为1.3g时，镉、铅的去除率趋于稳定，此时废水总镉质量浓度降到0.015mg/L、总铅质量浓度降到0.52mg/L。投加粒径为0.5μm的电气石，当电气石投加质量为0.9g时，镉、铅的去除率趋于稳定，废水总镉质量浓度降到0.015mg/L、总铅质量浓度降到0.52mg/L。可知，当电气石粒径降低一半时，其使用量可降低约30%。这是由于一方面电气石粒径越小，比表面积就越大，天然电极性越强，表面断键数目增多，提高了其自发吸附外来的离子或原子的能力；另一方面，粒径小的电气石接触水分子机会多，并随之发生羟基化反应，这种表面羟基在遇到极性水分子时，容易被水吸引，形成OH-，更容易使重金属离子生成沉淀。本实验中，采用粒径0.5μm的电气石粉处理实验废水时，以投加质量浓度为1.8g/L最优。
2.3反应时间对总镉和总铅去除率的影响
取500mL铅蓄电池重金属废水，其中总镉质量浓度为1.5mg/L、总铅质量浓度为35mg/L，调节pH=6，分别投加粒径为0.5μm的电气石1.0g，改变电磁搅拌时间，在不同的反应时间取水样测量镉和铅的含量并计算相应的去除率，结果见图4。
图4电气石反应时间与镉、铅去除率关系
从图4可以看出，电气石对铅的吸附快于对镉的吸附，反应6min时，电气石对铅的吸附效果显著，总铅质量浓度降到1.4mg/L；而此时镉的去除率仅有55%。随着反应时间的延长，镉在6~18min区间去除率迅速增加，到达20min时，废水总镉去除率趋于稳定，总镉质量浓度降到0.038mg/L，总铅质量浓度降到0.7mg/L。因此，在铅蓄电池重金属废水处理过程中，反应时间宜选在20min。
3结论
实验表明，电气石粉适用于对铅酸重金属废水中铅、镉的吸附处理。使用粒径为0.5μm电气石处理铅蓄电池重金属废水，其中总镉质量浓度为1.5mg/L、总铅质量浓度为35mg/L，在反应pH=6，吸附时间为20min，电气石投加质量浓度为1.8g/L时，出水可达到《电池工业污染物排放标准》（GB30484—2013）中第一类污染物最高允许排放标准，即总镉<0.05mg/L，总铅<0.7mg/L的要求。
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