关键词: 水合物法; 高浓度复杂废水; 脱除效率; 工业废水; 实验室废水

                    与实验室配置的重金属溶液不同，在实际工业生产中排放的废水所含污染物种类繁多，组成成分复杂，且部分水质较差，淤泥密度指数( SDI) 值偏高; 而实验室废液产量小但包含污染物种类较多，且各种类物质浓度差异较大，其中包含的铜、汞、 砷、硒等无机物质以及高危害性的有机物质对水体及人体危害巨大。近年来，国内对于工业废水和实验室废水处理取得一定研究成果，但由于实际废水组成成分变化多样，常规的水处理技术难以满足废水的处理标准，因此需要引入新型的水处理技术满足实际复杂废水的处理需求。水合物法水处理技术对于去除的物质种类没有选择性，因此适用于对于同时含有多种污染物的复杂废水进行淡化处理。为此本文将围绕实际工业废水以及实验室废水( 水样) 展开，利用水合物法处理实际高浓度复杂废水，实现对于成分复杂的实际废水的有效处理。

                     1 水合物法处理工业废水试验步骤

                      本实验研究的工业废水主要来源于炼油循环水、乙烯循环水排废水以及印染废水，主要包含高浓度无机物质，有机物含量较低，工厂提供的数据盐含量为 100 ～ 200mg /L，电导率 3 ～ 5ms /cm。工业废水水质较差，水样呈现浅黄色，水样下层有明显的悬浮颗粒物，水样 SDI 值偏高( 即水中颗粒、胶体等固体含量较高) ，易堵塞水净化设备，本文将探究利用水合物法水处理技术对于工业复杂废水的处理效果。

                      本实验中选定 Ｒ141b 作为水合物法处理工业废水的水合剂，在常压、2℃ 的条件下探究水合物法对于工业废水的处理效果。具体实验步骤如下: ( 1) 取 120mL 工业废水，经过滤后均分至 3 个试剂瓶中。将试剂瓶放入冰柜冷冻 2h，将溶液冻结成冰后再取出; ( 2) 后处理方式选定为真空抽滤与真空抽滤结合离心分离; ( 3) 后处理结束后，称量未参与转化的浓缩水以及水合物分解水的质量及体积。利用电导率仪测定上述溶液中的电导率值; 将溶液稀释后，分别利用总有机碳分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪测量原样、水合物分解水及浓缩溶液中有机物含量及各种类无机盐离子的含量。根据公式计算脱除效率、产水率以及富集因子等参数，探明水合物法处理工业废水的处理效果。由于在本文中利用水合物法处理工业废水时溶液中所含物质种类及浓度未知，为防止工业废水中未探明的化学物质对人体健康产生危害，因此在实验中应全程佩戴护目镜及口罩，防止实验过程中液滴飞溅进入口鼻，对人体造成不可逆转的影响。实验时应规范实验流程，工业废水中存在低沸点的有机物质，为防止复杂废水存在未知的挥发性较强的有毒物质，本组实验应在通风橱内进行操作。

                       2 水合物法处理实验室废水试验步骤

                       本次实验研究提供了较多种类的实验室废水，其中包括含有高浓度铜离子及微量砷元素的无机废水，同时含有氰化物和挥发酚的高危害性废水，以及分别含有三氯甲烷、咪唑、丙酮的有机废水。经调查，上述提及的有机物均存在一定的毒性，且多数有机物存在挥发性，咪唑对环境有危害对水体应给予特别注意，而三氯甲烷在 2019 年也被列入有毒有害水污染物名录( 第一批) 。为保证本次实验的安全性，本实验中选择含有较高浓度的铜离子及微量砷元素的无机废水作为研究对象，探究利用水合物法对于实际实验室废水的处理效果。具体实验步骤如下: ( 1) 取 120mL 实际实验室废水经过滤后均分加入至 3 个试剂瓶中。将试剂瓶放入冰柜冷冻 2h，将溶液冻结成冰后再取出; ( 2) 后处理方式选定为真空抽滤结合离心分离;( 3) 称量抽滤过程得到的未参与转化的浓缩水以及水合物分解水的质量及体积，利用电感耦合等离子体 发 射 光 谱 仪( ICP) 测量原废水水样、水合物分解水及浓缩溶液中所含各元素含量。根据公式计算脱除效率、产水率以及富集因子等参数，探明水合物法处理高浓度实验室废液的处理效果。由于在本节中水合物法处理实验废水时溶液中所含物质对人体危害性大，因此在实验中应全程佩戴护目镜及口罩，防止实验过程中液滴飞溅进入口鼻，对人体造成不可逆转的影响。实验时应规范实验流程，为防止实际实验室复杂废水存在未知的易挥发性有毒物质，本组实验应在通风橱内进行操作。

                        3 水合物法处理工业废水试验效果分析

                        3. 1 工业废水中无机物脱除效率分析

经实验室测量，选用的工业废水水样实际电导率为 11. 43ms /cm，PH 约等于 7，溶液呈中性，总有机碳含量为 187. 7mg /L，溶液中所含无机污染物种类及浓度见表 1。经检测，工业废水中含有高浓度的钠离子，同时还有一定含量的钙离子、钾离子、镁离子，以及微量的锌、铜、锰、汞、硒等污染物。在常压、2℃ 条件下，以 Ｒ141b 作为实验的水合剂，水合物法水处理技术处理实际工业废水的脱除效 率、产水率以及富集因子等实验数据见表 2。

                        在实际工业废水中，无机盐离子种类繁多且浓度差异大，检测较为复杂。由于溶液的电导率取决于水溶液中总离子浓度值，因此在本实验中首先通过测定溶液总电导率值以反映溶液的总盐含量，并根据实验前后废水的电导率值变化反应水合物法废水处理效果。由表 2 中数据可知，经水合物法处理后，废水电导率值实现大幅度降低，表明基于水合物法水处理技术对于实际工业废水具有较好的处理效果。经真空抽滤结合离心分离的后处理后，溶液中含有的总无机盐离子的脱除效率可达到 76. 00%左右( 利用溶液总电导率值推算) ，且产水率高达78. 87% ，具有较高的废水处理效率。

                      3. 2 工业废水脱有机物效率分析

                       为进一步探明水合物法水处理技术对于实际工业复杂废水中含有的有机物的处理效果，选取样品溶液，利用总有机碳分析仪测定水合物分解水及浓缩水中的总有机碳( TOC) ，实 验 数 据 见表 3。

                        由于原工业废水中含有低沸点有机物，在真空抽滤过程时废水中的有机物挥发，导致浓缩溶液中的有机物含量减少，粘附在水合物晶体表面的污染物浓度降低。因此经真空抽滤后，有机物的脱除效率高于废水中无机盐离子的脱除效率。在进行离心分离的后处理时，水合物在高速离心时，其孔隙结构中含有的浓缩溶液被甩出、去除，离心后对于有机污染物的脱除效率与无机盐离子相近，有机物脱除效率为 74. 49% 。在本组实验中对于有机物含量分析时，浓缩溶液浓度计算所得富集因子小于 1，即由于处理过程中有机物的逸出致使剩余浓缩废水中有机物含量低于原水样含量。综上所述，利用水合物法水处理技术对于废水中各种类污染物的去除效率理想，可以实现对于含有有机污染物及高浓度无机盐离子的工业复杂废水的高效处理。

                      3. 3 工业废水脱无机物效率分析

                      工业废水主要为含盐废水，为了比较水合物法对于实际废水中各种类离子的脱除效率及处理效果，选择样品溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪( ICP) 测量水合物法处理后溶液中各金属元素含量。工业废水中含有较高浓度的钠离子、钙离子、钾离子、镁离子，以及微量的锌、铜、锰、汞、硒等污染物。本研究中主要针对废水中含有的 Na + 、Ca2 + 、K+ 、Mg2 + 进行分析，比较水合物法对于上述种含量较高的无机盐离子的处理效果。利用水合物法水处理技术对实际工业废水不同种类无机盐离子的脱除效率以及富集因子等实验数据见表 4。

                        由于工业废水中各离子初始浓度不同，因此不同种类的无机盐离子脱除效率略有差异。其中钠离子的脱除效率最高，经真空抽滤结合离心分离处理后，其脱除效率可以达到 82. 41% ，其余金属元素的脱除效率也均可达到 75% 以上，与利用溶液电导率计算溶液中总无机盐离子的去除效率结果相近。由之前结论可知，污染物浓度将会影响水合物法的去除效率，污染物浓度越高，则其脱除效率越大。溶液中钙离子、镁离子初始浓度较低，与废水中钠离子含量差异明显，然而其脱除效率与钠离子的脱除效率相近。经查找资料后发现，碳酸钙、碳酸镁在常温常压下的溶度积分别为 3. 36 × 10 － 9 及6. 82 × 10 － 6，水合物生成过程中浓缩溶液体积减小，离子浓度增加，因此可能促进少部分的钙离子及镁离子与废水中的碳酸根离子反应发生沉淀，进而提高该两种离子的脱除效率，需要进行后续实验验证。

                       4 水合物法处理实际实验室废水效果分析

                        在常压、2℃条件下，以 Ｒ141b 作为实验的水合剂，水合物法水处理技术处理实际实验室废水的脱除效率、产水率以及富集因子等实验数据见表 5。

                          在实际实验室废水中，污染物种类较多，对于水体及人体危害性较强，且各种类物质浓度差异较大。本实验中处理的实验室废水主要为含铜废水( 铜元素浓度约为 13g /L) ，其中包含微量的砷元素( 砷元素浓度为 0. 065mg /L) 。由之前结论可知，溶液中污染物的浓度影响水合物法的脱除效率，由于其浓度相差较大，因此在本实验中对于铜元素、砷元素的处理效果区别较大。经真空抽滤结合离心分离的后处理后，砷元素的脱除效率可达 66. 26% ，而铜元素的脱除效率高达 90. 81% ，水合物法对于实验室废水中含量较高的物质处理效果更为明显，对于含量较低的物质可以通过多级处理满足处理需求。结果表明，水合物法对高浓度实验室废水处理效果较好，可以满足对实际废水处理需要。

                        5 结语

                        ( 1) 利用水合物法处理实验室废水时，由于不同种类物质含量不同，因此建议水合物法对不同浓度的污染物脱除效率相差较大，其对于溶液中含量较高的物质水合物法处理效果更好，对于含量较低的物质可以通过多级处理降低溶液中污染的浓度，以满足实际复杂废水的处理需求。

                         ( 2) 溶液中污染物的浓度影响水合物法的脱除效率，由于其浓度相差较大，因此对于铜元素、砷元素的处理效果区别较大。经真空抽滤结合离心分离的后处理后，砷元素的脱除效率可达 66. 26% ，而铜元素的脱除效率高达 90. 81% ，水合物法对于实验室废水中含量较高的物质处理效果更为明显。

                         ( 3) 水合物生成过程中浓缩溶液体积减小，离子浓度增加，因此可能促进少部分的钙离子及镁离子与废水中的碳酸根离子反应发生沉淀，进而提高该两种离子的脱除效率，需要进行后续实验验证。

                         原标题：水合物法处理高浓度复杂废水的实际应用效果探讨

                         原作者：宋 飞