鉛蓄電池廢水處理技術
鉛蓄電池廢水主要來自化成、涂片等生產過程，廢水為酸性（一般pH＜2），主要污染物為一類重金屬污染物。吸附法作為常用的鉛蓄電池廢水的處理方法，簡單而高效，在去除重金屬和難降解污染物方面有獨特優勢。吸附材料可分為多孔吸附材料和無孔吸附材料，從環境領域應用的角度看，除了常見的活性炭、樹脂和活性氧化鋁外，其他得到實際推廣應用的吸附材料很少〔1〕。因此，針對鉛蓄電池廢水的處理，開發高效的吸附材料有很大的市場前景。
電氣石是一種典型的高溫氣成礦物，具有自發極化效應，是高硬度機械化學性穩定不溶于酸的礦物晶體，用于污水處理，通過其晶體表面靜電場的作用，將重金屬離子吸附到晶體負極，與電氣石表面由羥基離解而產生的OH-發生反應，形成相應的沉淀或堿式鹽析出，而水中有益成分K+、Na+等則不發生反應，仍保留在水中，具有天然凈化的優點。通過水流攪動很容易使沉降物脫離電氣石表面，不會達到飽和極限，反應連續不斷地進行，電氣石材料可持續使用〔2〕。國外電氣石已經被應用于水處理中，在我國廢水處理尚無應用案例。我國電氣石資源十分豐富，總量超過10億t，資源潛力非常巨大〔3〕。研究探索這種天然礦物材料在廢水處理中應用具有廣闊的前景。
1實驗部分
主要進行電氣石對蓄電池鉛酸廢水吸附效果的研究，研究吸附劑粒徑及投加量、吸附溫度、吸附時間、廢水的初始pH等條件對吸附效果的影響。
1.1實驗材料
電氣石粉：產自河北省的鐵電氣石，其主要成分（以質量分數計）包括：SiO234.23%、Al2O332.13%、FeO13.29%、B2O310.15%、MgO3.89%、Fe2O32.80%、Na2O1.78%、H2O1.20%、TiO20.20%、MnO0.33%。
鉛蓄電池廢水：取自某鉛蓄電池車間排水，其中總鎘質量濃度為0.2~1.5mg/L，總鉛質量濃度為18~41mg/L。
儀器：ORION-CHN868型pH計，美國ThermoOrion公司；磁力加熱攪拌器，金壇市萬華實驗儀器廠；AA-670型原子吸收分光光度計，日本島津公司。
1.2實驗方法
采用靜態吸附試驗，為保證實驗數據的準確性，每次條件改變進行3次平行實驗。
2討論與分析
2.1溶液pH對鎘、鉛去除率的影響
分別取500mL鉛蓄電池重金屬廢水，其中總鎘質量濃度為1.5mg/L、總鉛質量濃度為35mg/L，調整溶液pH分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10，投加2.0g粒徑為0.5μm的電氣石粉，電磁攪拌25min后，取水樣測量鎘和鉛的含量并計算相應的去除率，結果見圖1。
圖1廢水pH對鎘、鉛去除率的影響
從圖1可知，在pH為3~6的范圍內，隨著廢水pH的增加，鎘、鉛的去除率呈上升趨勢，當pH達到6時，廢水總鎘質量濃度降到0.014mg/L、總鉛質量濃度降到0.35mg/L。在pH為6~8的范圍內，電氣石對重金屬鎘、鉛的吸附作用保持穩定，處理效果顯著。這是因為，當廢水的pH過低時，大量的氫離子會與電氣石表面釋放出的負離子反應，使之質子化程度增高，將會使電氣石對重金屬離子產生排斥力，不利于吸附反應的進行〔4〕。本實驗中，有效去除鎘、鉛的最佳pH=6。
2.2電氣石粒徑和用量對總鎘和總鉛去除率的影響
取500mL鉛蓄電池重金屬廢水，其中總鎘質量濃度為1.5mg/L、總鉛質量濃度為35mg/L，投加粒徑分別為0.5、1.0μm的電氣石0.1~2.0g，電磁攪拌25min后，取水樣測量鎘和鉛的含量并計算相應的去除率，結果見圖2、圖3。
圖2電氣石粒徑0.5μm時電氣石用量與鎘、鉛去除率
圖3電氣石粒徑1.0μm的電氣石用量與鎘、鉛去除率關系
從圖2、圖3可知，投加粒徑為1.0μm的電氣石，當電氣石投加質量為1.3g時，鎘、鉛的去除率趨于穩定，此時廢水總鎘質量濃度降到0.015mg/L、總鉛質量濃度降到0.52mg/L。投加粒徑為0.5μm的電氣石，當電氣石投加質量為0.9g時，鎘、鉛的去除率趨于穩定，廢水總鎘質量濃度降到0.015mg/L、總鉛質量濃度降到0.52mg/L。可知，當電氣石粒徑降低一半時，其使用量可降低約30%。這是由于一方面電氣石粒徑越小，比表面積就越大，天然電極性越強，表面斷鍵數目增多，提高了其自發吸附外來的離子或原子的能力；另一方面，粒徑小的電氣石接觸水分子機會多，并隨之發生羥基化反應，這種表面羥基在遇到極性水分子時，容易被水吸引，形成OH-，更容易使重金屬離子生成沉淀。本實驗中，采用粒徑0.5μm的電氣石粉處理實驗廢水時，以投加質量濃度為1.8g/L最優。
2.3反應時間對總鎘和總鉛去除率的影響
取500mL鉛蓄電池重金屬廢水，其中總鎘質量濃度為1.5mg/L、總鉛質量濃度為35mg/L，調節pH=6，分別投加粒徑為0.5μm的電氣石1.0g，改變電磁攪拌時間，在不同的反應時間取水樣測量鎘和鉛的含量并計算相應的去除率，結果見圖4。
圖4電氣石反應時間與鎘、鉛去除率關系
從圖4可以看出，電氣石對鉛的吸附快于對鎘的吸附，反應6min時，電氣石對鉛的吸附效果顯著，總鉛質量濃度降到1.4mg/L；而此時鎘的去除率僅有55%。隨著反應時間的延長，鎘在6~18min區間去除率迅速增加，到達20min時，廢水總鎘去除率趨于穩定，總鎘質量濃度降到0.038mg/L，總鉛質量濃度降到0.7mg/L。因此，在鉛蓄電池重金屬廢水處理過程中，反應時間宜選在20min。
3結論
實驗表明，電氣石粉適用于對鉛酸重金屬廢水中鉛、鎘的吸附處理。使用粒徑為0.5μm電氣石處理鉛蓄電池重金屬廢水，其中總鎘質量濃度為1.5mg/L、總鉛質量濃度為35mg/L，在反應pH=6，吸附時間為20min，電氣石投加質量濃度為1.8g/L時，出水可達到《電池工業污染物排放標準》（GB30484—2013）中第一類污染物最高允許排放標準，即總鎘<0.05mg/L，總鉛<0.7mg/L的要求。
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