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鋼渣在廢水治理中的應用
鋼渣是煉鋼過程中的副產品,具有較大的比表面積和復雜的化學組成。鋼渣處理廢水主要用作重金屬離子吸附劑,有機物的濾料以及制備絮凝劑。綜述鋼渣在治理廢水中作吸附劑、濾料及絮凝劑的情況以及作用機理,指出鋼渣處理廢水應用前景廣闊。
鋼渣是煉鋼生產中排放的廢棄物。其產生量僅次于高爐渣,約占粗鋼產量的12%~15%,2006年已經達到5000萬t。由于多方面的原因,我國的鋼渣實際資源化利用率卻很低,與國家倡導的"零"排放目標還相差很遠。
廢水污染是一個極其嚴重的環境問題,廢水、廢渣等通過土壤、空氣,尤其是食物鏈,對人類的生存和身心健康產生嚴重危害。近年來,鋼渣在污水治理中的獨特作用逐漸被環保工作者認識。很多研究發現鋼渣應用于污水治理不僅能"以廢治廢",大大降低水處理的成本,而且能避免鋼渣的粗放式利用甚至隨便拋棄造成的二次污染,有著一定的科學意義和實際的經濟效益。本文將對鋼渣在廢水治理中的應用現狀進行綜述。
鋼渣綜合利用現狀
鋼渣的綜合利用方式實際上分為無害化處理和綜合利用2大類。鋼渣的無害化處理技術主要有冷棄法、燜渣法、熱潑法、盤潑法、風淬法、水淬法、滾筒法(BSS)等。這些方法的主要目的是對熱態鋼渣進行粒化處理,使渣鐵進行有效分離,同時得到性能穩定的鋼渣尾渣產品,以便后期綜合利用。文獻[1]還報道了德國將氧氣和石英砂同時加入到鋼渣池中,從而消解了鋼渣中的氧化鈣和氧化鎂的新工藝,提高了鋼渣的性能。
我國的鋼渣綜合利用目前主要是對其中的鐵進行磁選回收,這是遠遠不夠的。縱觀世界的鋼渣利用,鋼渣主要用于煉鐵、建材和農業,因此美歐的鋼渣綜合利用率很高。目前國內鋼渣主要應用于冶煉熔劑、道路工程、建筑材料、農業化肥等。特別是近年來隨著鋼渣粉末化的流行,鋼渣作為水泥摻和料和混凝土摻和料甚至鋼渣水泥及其衍生品越來越多。但是鋼渣性能的不穩定性還是制約了鋼渣的廣泛應用。尋找鋼渣的高附加值、大批量利用就是目前的研究重點,鋼渣用于廢水治理就是一個很好的方向。
鋼渣在廢水處理中的應用
鋼渣的化學成分見表1(以武鋼為例)。從鋼渣的化學成分分析可知,鋼渣中含有大量的堿性氧化物而顯堿性,同時鋼渣經過粉磨后比表面積比較大,決定了鋼渣可以通過化學反應和吸附作用處理廢水中的污染物。鋼渣的密度大,在水中的沉降速度快,固液分離處理周期短。因此鋼渣可以作為廢水處理的吸附劑和濾料。另一方面,鋼渣同時含有相當數量的鐵和硅元素,在一定條件下進行處理可以聚合成為很好的絮凝材料,因此鋼渣可以作為廢水處理的絮凝劑原料。0371-8502-2221
鋼渣作為吸附劑
鋼渣作為吸附劑處理廢水,主要是用于處理含重金屬離子廢水和含磷、砷、氟等離子的廢水。重金屬離子對水體的污染具有不易降解性和毒害性,被定為D1類污染物[2],對人類的生存和身心健康產生嚴重影響。磷是引起水體富營養化的關鍵元素,控制水體中磷的濃度是保護我們水資源和水環境的較重要的一步。含砷廢水主要來源于冶金、石油、化工行業,三價砷具有劇毒。含氟廢水主要來源于鋁冶金、氟礦石的開采、氟化鹽的生產、焦炭、玻璃、電子、化工、火力電廠、化肥以及農藥等行業,含氟廢水嚴重污染環境[3]。
鋼渣作為吸附劑處理廢水,其作用機理是一個十分復雜的物理化學過程。20世紀90年代中期開始,環保專家研究了鋼渣吸附處理鎳、鉛、銅、鉻等的吸附行為,發現主要有吸附作用和沉淀作用2類。
鋼渣經粉碎(一般過40目篩)后有著較大的比表面積,同時還具有活性基團,對金屬離子有一定吸附作用,對金屬離子去除非常有利。鋼渣的吸附作用又分為物理吸附和化學吸附。物理吸附由鋼渣的多孔性和比表面積決定,比表面積越大,吸附效果越好。試驗[4-5]證明了鋼渣的吸附作用基本符合Freundlich吸附等溫方程式,該種吸附作用甚至是鋼渣吸附劑的主要作用。
鋼渣吸附劑還有一種化學吸附作用[6]。我們可將這種吸附作用分為1)靜電吸附,鋼渣表面因帶負電荷而對溶液中的陽離子產生靜電吸附;(2)表面配合作用,鋼渣顆粒表面的硅、鋁、鐵的氧化物表面離子的配位不飽和,在水溶液中進行水解形成基團能夠與金屬陽離子生成表面配位配合物;(3)陽離子交換,重金屬離子與鋼渣表面吸附的H+發生陽離子交換作用而被吸附在鋼渣表面。
鋼渣吸附劑的作用還具有一種沉淀作用。鋼渣溶液經試驗[7]有強的堿性,使金屬離子可部分形成氫氧化物和砷酸鹽的沉淀。這種氫氧化物和砷酸鹽沉淀的形成對于金屬離子和砷元素(特別是五價砷)的去除是非常有利的。
鋼渣作為吸附劑使用,也有一些影響因素,比如溫度的影響。