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钢铁行业废水铊污染的治理对策研究

2025-03-21 117 上传者：管理员

摘要：针对钢铁行业废水铊污染问题，我们探究了治理对策，主要包括物理方法、化学方法和生物方法。首先，我们收集了大量钢铁企业废水样本进行学术分析，发现铊含量远超标准限值，采用物理法的沉降法和絮凝法处理，能有效地将铊含量降低，但不能完全去除。随后，我们采用化学方法处理，通过氧化还原反应，使铊离子转化为不溶性物质，再通过沉淀分离这些不溶性物质，此方法对于铊对砷化铊更有效。最后，我们探讨了生物法处理，通过实验表明，细菌Metallibacterium scheffleri能将水溶性铊离子转化为固态铊，然后与废水中的硫氢根离子反应生成硫化铊沉淀。通过以上三种方法，铊的去除率可以达到约90%。这项研究为钢铁行业制定铊废水治理措施提供了科学依据，有利于推动该行业的环保工作向前发展。

关键词：
化学方法
物理方法
生物方法
钢铁行业废水
铊污染治理
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1、铊在钢铁行业废水中的特性及其危害

1.1铊的来源与流布

在钢铁行业的生产过程中,铊主要来源于矿石原料和煤燃料的使用[1]｡在矿石的开采和冶炼过程中,铊常常以硫化物､氧化物或元素形式存在｡含铊矿石经过高温处理后,铊会部分挥发并附着在烟尘和炉渣中,部分进入废水体系｡钢铁企业大量使用燃料煤,其中的铊会在燃烧过程中释放出来,并在废气处理和冷却过程中进入水体｡

铊在钢铁工业废水中以离子态和胶体态存在,其流布受多种因素影响,包括水的pH值､氧化还原电位､共存物质及水温等条件[2]｡这些因素共同决定了铊的溶解度和迁移行为｡在酸性条件下,铊离子(如Tl+和Tl3+)更易溶解和迁移;而在碱性条件下,铊往往以氢氧化物或其他沉淀形式存在,导致其在废水中相对稳定｡

钢铁企业的生产工艺复杂,各种处理步骤中产生的废水会形成不同种类的铊污染｡例如,在高炉炼铁过程中,铊大量存在于铁水渣中,经过水洗和冷却后,废水中铊浓度较高｡废水中铊的流布特点不仅与矿石和燃料本身的性质密切相关,还与具体的生产工艺流程和废水处理工艺有很大关系｡

废水中的铊还具有较强的迁移性,容易在环境中扩散｡进入自然水体后,铊会通过多种途径污染地表水和地下水,进而通过食物链影响人类和生态系统｡钢铁行业废水中的铊来源广泛,且在生产过程中容易流布和迁移,这对铊污染治理提出了严峻的挑战｡

1.2铊对环境和人体健康的影响

铊是一种半金属元素,其在钢铁行业废水中具有高度毒性,广泛存在于冶炼､加工等生产过程中｡铊对环境和人体健康具有显著危害,它能通过多种途径进入生态系统并积累,对人类和生物体都构成威胁｡

在环境方面,铊离子具有较高的生物可利用性,易被植物和微生物吸收,并向上层食物链传递｡铊污染导致的生态破坏不仅影响土壤和水体质量,还扰乱了生物系统的平衡｡铊可以通过食物链产生生物放大效应,最终影响到高营养级的生物,甚至威胁人类健康｡

铊具有高度的积累性和毒性,容易通过皮肤和呼吸道进入人体,对人体健康的影响尤为严重｡在急性和慢性接触中,铊都表现出显著的毒害作用｡急性中毒时,铊会迅速影响中枢神经系统,表现为恶心､呕吐､腹痛和头痛等症状,甚至导致神经功能障碍和死亡｡慢性暴露铊的情况下,会导致肾脏､肝脏以及神经系统的损害,并可能引发癌症､心血管疾病等长期健康问题｡

2、分析与评估钢铁行业废水中铊的污染水平

2.1钢铁行业废水样本收集与分析方法

分析与评估铊在钢铁行业废水中的污染水平时,需要收集具有代表性的废水样本,并应用科学的方法｡钢铁企业通常在炼钢､轧钢､冷却等过程中产生大量废水,这些废水中可能含有不同浓度的铊｡为了确保样本的代表性,选取若干具有典型性和不同工艺流程的钢铁企业作为样本采集点,并在其主要排水口进行废水样本的收集｡样本的收集应考虑到不同的生产周期和排放特征,以获得具有时间和空间代表性的样本数据｡

样本采集后,需要对其进行前处理,如过滤去除悬浮物､酸化以稳定铊离子等｡废水样本的分析方法主要采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行铊含量的准确测定｡ICP-MS具有高灵敏度和低检出限的特点,能够有效检测废水中微量的铊离子,确保测试结果的精确可靠｡还可辅助使用原子吸收光谱(AAS)等方法进行验证,以增强结果的可信度｡分析过程中须严格遵守实验操作规范,定期校准仪器,采用国家标准物质进行质量控制,以确保实验数据的准确性和重复性｡

2.2铊含量测试结果与标准限值的比较

在对钢铁行业废水样本进行系统性分析后发现,废水中铊含量普遍超出环保标准｡具体实验数据显示,多数样本中铊的浓度范围为0.05mg/L到0.15mg/L,而标准限值为0.01mg/L[3]｡该结果表明,钢铁行业废水中铊的污染程度较为严重｡据分析,超过标准限值的铊含量主要来源于钢铁生产过程中某些特定工艺,如选矿､炼钢以及钢材深加工等环节｡尽管各企业间的废水铊含量有所差异,但总体上均显著高于国家规定的水体污染控制标准,呈现出亟须采取有效措施治理这一污染问题的紧迫性与重要性｡本文通过与标准限值的比较,明确了钢铁行业废水中铊的污染现状及其治理的必要性,为后续的治理对策研究提供了基础数据支持｡

2.3铊污染程度的评估

对铊污染程度的评估需要综合多个因素进行考量｡通过对大量钢铁企业废水样本的铊含量测试发现,其铊浓度普遍超出国家标准限值的多倍｡高浓度的铊不仅对水体生态系统构成严重威胁,还会通过食物链对人体健康造成危害｡评估铊在水中的形态和分布情况,明确其主要存在形式及其迁移转化特性,通过对比分析不同时期和不同区域样本中的铊浓度变化,可以进一步了解其污染来源和扩散路径,为制定有效的治理策略提供科学依据｡综合评估结果表明,钢铁行业废水中的铊污染已经达到相当严重的程度,必须采用高效的治理措施进行控制｡

3、银治理对策实验研究

3.1物理处理方法的应用与效果评估

物理处理方法主要包括沉降法和絮凝法,均在实验中进行了应用与评估｡沉降法主要利用重力作用将废水中的悬浮物和重金属颗粒进行自然沉降｡实验表明,通过适当的调节废水pH值和停留时间,沉降法可以显著降低废水中的铊含量｡但沉降法的处理效果较为有限,无法完全去除废水中的铊离子｡

絮凝法则是通过加入絮凝剂,使废水中的悬浮颗粒和重金属结合,形成较大的絮凝体,从而更容易从水中分离｡常用的絮凝剂包括聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS),实验中分别测试了这两种絮凝剂的处理效果｡结果显示,PAC和PFS均能显著提高铊的去除率,其中PFS的效果更为显著[4]｡通过优化絮凝剂的投加量和反应时间,絮凝法在降低废水铊含量方面表现出了较好的效果｡

尽管沉降法和絮凝法均能在一定程度上降低废水中铊的含量,但需要注意的是,这两种物理处理方法无法完全去除铊离子,且处理效果受废水中其他成分的干扰较大｡在实际应用中,物理处理方法通常作为预处理手段,与其他化学和生物处理方法相结合,形成多层次的综合治理体系,以提高废水中铊的去除率｡

3.2化学处理方法的原理与操作过程

化学处理方法通过氧化还原反应使铊离子转化为不溶性物质,并通过沉淀分离这些不溶性物质｡在具体操作过程中,向废水中加入氧化剂,如高氯酸钾或高锰酸钾,这些氧化剂能够将水溶性铊离子氧化为不溶性的铊氧化物｡氧化反应完成后,再加入适量的还原剂,如硫酸亚铁或亚硫酸钠,使一些化学性质较稳定的铊离子进一步还原为低溶解度的铊化合物如硫化铊｡这些铊化合物因其低溶解度而从溶液中沉淀出来,形成固体沉淀物｡完成反应后,通过过滤或离心分离法将这些沉淀物移除,从而达到去除铊离子的目的｡实验表明,此化学处理方法对铊及其化合物具有较好的效果,特别对于含砷铊废水的处理效果更为显著,从而进一步提升了废水的净化效果｡

3.3生物处理方法的实验研究与应用潜力

生物处理方法的实验研究主要针对钢铁行业废水中铊污染的生物降解效能进行探索｡通过实验证明,细菌Metallibacteriumscheffleri在特定条件下能够将水溶性铊离子转化为固态铊｡当废水中存在硫氢根离子时,生成的固态铊将进一步与其反应形成硫化铊沉淀,从而实现铊的去除[5]｡实验数据表明,该方法在铊去除率方面具有显著效果,并且对环境友好,具备广泛应用潜力｡生物处理方法提供了可持续且高效的铊污染治理新途径｡

4、废水中铊污染综合治理对策与建议

铊污染治理技术的综合应用是应对钢铁行业废水中铊污染问题的一项关键措施｡在物理方法中,沉降法和絮凝法都表现出一定的铊去除效果,但其不足在于无法完全去除废水中的铊｡为补充其不足,化学方法成为重要手段,通过氧化还原反应,可以有效地将铊离子转化为不溶性物质,再通过沉淀将其分离｡这一过程对铊及其化合物有显著的去除效果,特别对砷化铊去除效果更佳｡

生物方法则以其独特优势逐渐受到重视｡细菌Metallibacteriumscheffleri在实验中证明能够将水溶性铊离子转化为固态铊,并与硫氢根离子反应生成硫化铊沉淀｡这一过程不仅无二次污染风险,而且具有可持续性｡从整体治理效果来看,综合应用物理､化学､生物三种方法,能够多方位､多层次地治理铊污染,进一步提高铊的去除率｡

治理钢铁行业废水中的铊污染,要特别注意工艺之间的协同作用,发挥各种技术的优势互补,实现高效､稳定的污染控制,确保废水处理设备的运行稳定,维护和优化工艺参数,以达到最佳处理效果并保障环境安全｡

5、结语

本项研究从物理､化学和生物三个角度探讨了解决钢铁业废水里铊污染的方法｡研究人员首先了解了铊污染的来源和具体含量,然后尝试了不同的处理方法｡首先,利用物理法中的沉降法和絮凝法;然后,尝试了化学反应处理;最后,用细菌将铊离子转化｡这三种方法一起使用,能把铊减少大约90%｡但是,这些方法也有问题,如实现难度大､耗能和成本高等｡所以,我们未来的目标是,找到更好､更省､更简单的办法,让环境变得更好｡

参考文献:

[1]袁宝.钢铁行业污染治理现状及趋势分析[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2022(2):118-121.

[2]孙亚男.钢铁冶金烧结烟气脱硫含铊废水的研究[J].山西冶金,2023,46(10):50-51,54.

[3]伍思扬,卢然,王宁,等.我国钢铁行业废水铊污染现状及防治对策[J].现代化工,2021,41(8):12-15.

[4]熊果,沈毅.钢铁企业铊污染的研究及防治对策[J].工业安全与环保,2015,41(6):30-32.

[5]马军军,韩正昌.含铊污染废水处理技术的现状及研究[J].环境与可持续发展,2017,42(5):65-67.

文章来源:刘芳.钢铁行业废水铊污染的治理对策研究[J].黑龙江环境通报,2025,38(03):14-16.