环境科学与工程研究进展--结课论文

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题目：环境科学与工程研究进展之我见

——氯碱行业含汞废水去除方法

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摘要

随着经济的发展，电石法聚氯乙烯工艺符合我国“贫油、少气、富煤”的能源结构特点，在我国得到了长期的发展。目前电石法生产氯乙烯单体时使用的触媒是以活性炭作为载体，浸渍吸附一定质量分数的氯化汞制备而成。在催化剂使用过程中氯化汞升华流失，随合成气进入后续水洗、碱洗净化系统，形成大量含汞废水。目前含汞废水处理方法主要有吸附法、化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法等。本文主要是介绍近年来，对于氯碱工业含汞废水处理的各个处理方法，以及未来的发展趋势。

关键词：电石法聚氯乙烯含汞废水处理方法发展趋势

1.引言

目前全世界范围内的电石法聚氯乙烯生产装置大部分分布在我国,使得具有中国特色的电石法聚氯乙烯产业快速的成长，使中国的氯碱工业实现跨越式发展。

在电石法氯乙烯单体的生产过程中使用的催化剂一般是采用活性炭作为载体，浸渍吸附一定质量的分数的氯化汞（高汞10%～12%，低汞4%～6%）制备而成的，但是由于氯化汞的升华，使得汞会随着合成气进入后续水洗、碱洗净化系统，形成废汞接触媒、含汞废活性炭、含汞废盐酸、含汞废碱液。目前废汞接触媒、含汞废活性炭由有资质的危险废物处理厂家回收处理，氯化汞回收率约75%；而含汞废盐酸、废碱液仅有20%进行了盐酸深度脱吸和汞的无害化处理，大部分还未得到妥善的处理，是PVC行业的主要难题。

汞是一种银白色的液体金属，汞及其化合物都是有毒物质，可以通过各种途径侵入人体。汞一旦进入环境中就会对人类和动物造成极大的危害，因此汞污染问题已经成为一个世界范围内关注的污染问题。

2.含汞废水的产生

在电石法PVC的生产过程中，从乙炔工段产生的乙炔以及氯化氢工段产生的氯化氢气体分别经过预冷器，以冷却分离所含水分，然后进入混合器内混合，在经过一系列的冷却、除雾、预热等操作后进入转化器，然后通过转化器列管内的装载的吸附氯化汞的活性炭触媒转化为粗VCM。由于转化的温度控制在160～180℃，部分的氯化汞就会升华（当温度大于200℃时升华现象会加剧）进入粗VCM气体中，粗VCM中含有微量汞以及氯化汞，依次经过含有活性炭的除汞器吸附去除汞，然后再依次经过水洗除酸系统、碱洗塔等设备去除残余的CO2和HCl气体，净化后的VCM送压缩精馏工段。从PVC生产VCM的过程中可以知道，C2H2和HCl合成VCM过程中以HgCl2,作为载体，并且以物理吸附法将HgCl2均匀的吸附于活性炭的内部形成氯化汞触媒。粗VCM气体经过除汞器去除了大部分的汞以后，粗VCM气体进会入泡沫塔和水洗塔等脱酸系统，形成含汞盐酸废水。含汞盐酸废水中的汞经过处理以后得到去除，得到的大部分盐酸可以回收再利用。盐酸废水中的汞以[HgCl4]的形式存在。

3.含汞废水的处理方法

目前，常用的汞的处理方法主要有化学沉淀法、活性炭吸附法、金属还原法、电解法、微生物法、离子交换法等。

3.1化学沉淀法

化学沉淀法（包括凝聚沉淀法和硫化物沉淀法）处理含汞废水的效果好，是一种应用较多的方法，可以处理含有不同浓度和不同种类的汞盐，特别是当汞离子的浓度比较高时，应用较多。

混凝沉淀法是在废水中加入混凝剂（铝盐、石灰、明矾、铁盐），在pH为8～10的弱碱性的条件下，形成氢氧化物的絮凝体，通过对汞的絮凝作用，使汞得到去除。在混凝法去除汞的研究中，用石灰作为混凝剂处理500μg/L的高浓度含汞废水时，当过滤以后可以达到70%的去除率。如果在生活污水中加入50～60μg/L的无机汞，再用明矾或铁盐聚集过滤，这两种方法都可以使汞的含量降低94～98%。一般除汞效果铁盐要比铝盐的要好。

硫化物沉淀法是在含汞废水中加入硫化钠或硫化镁处理,由于Hg2+与S2-有强烈的亲和力,能生成溶度积小的硫化汞沉淀从溶液中除去。所以硫化物沉淀法是最常用的一种沉淀处理法。沉淀法可与重力沉降、絮凝、溶气气浮或过滤等分离过程相结合。这些后续操作可硫化汞沉淀的去除效果,但不能提高溶解汞的本身的沉淀效率。根据一些研究表明，当废水含汞的初始浓度比较高时，用硫化汞的沉淀去除汞的方法，去除率可以达到99%以上。但是即使经过活性炭或者过滤深度处理，出水的含汞浓度最低也能达到10～20g/L。在不增加硫化物的用量的前提下，在中性的pH条件下处理效果最好，在pH＞9的情况下，沉淀的效率会急剧的降低。该方法不能把出水公的含量降低到10g/L以下。而且硫化物含量较多时会形成可溶性汞硫络合物，处理后出水的残余硫也会产生污染问题；而且硫化物的过量程度不容易控制。硫化物与汞反映的反应式及溶度积如下：

Ksp=1.8×10-45

Ksp=1.6×10-54

在处理含汞浓度较高、水质比较清的废水时，硫化物沉淀法要比絮凝法沉淀效果好，但是絮凝法的处理含汞废水可以节省费用。此外，化学沉淀法可以快速的去除大量的金属离子，但是由于受到沉淀剂和环境条件的影响，出水水质不易达到标准要求，产生的沉淀物则容易造成二次污染，需谨慎的处理处置。

3.2活性炭法吸附法

活性炭法能有效地吸附废水中的汞,活性炭具有巨大的比表面积，在其活化过程中形成了一些含氧的官能团，使活性炭具有化学吸附，还原和催化氧化的性能，能有效的去除废水中的重金属。我国有些工厂已采用此法处理含汞废水,但该方法只适用于处理低浓度的成分比较单一的含汞废水。当处理含汞浓度较高的废水时,可以先进行一级处理,降低废水的汞浓度以后再用活性炭吸附。当废水中含汞浓度在1～2㎎/L以下时，使废水通过含活性炭的过滤塔，出水中公的含量可以达到0.01～0.05㎎/L以下。活性炭吸附的汞可以回收，回收以后活性炭还可以再生重复利用。汞的去除效果和很多的因素都有关，如:废水中含汞的浓度、汞的存在形态、废水的pH、活性炭的种类和用量、活性炭和废水的接触时间等。虽然活性炭吸附法使用活性炭吸附汞后，活性炭可以再生再利用。但是由于活性炭的价格比较昂贵，因此在处理规模比较大的情况下并不适应。

3.3电解法

电解法利用的是金属的电化学性质，在直流电的作用下，含汞化合物在电极的阳极离解成汞离子，在阴极上还原成金属汞，使废水中的汞得到去除。一般在二次电解的条件下，出水中汞的质量浓度可以达到5μg/L以下。电解法对含有高浓度的无机汞的废水的处理效果高，但是废水中的汞去除后，汞离子的浓度不能降到很低。因此电解法对含汞浓度较低的废水的处理效果不好。电解法管理简