電滲析法處理飛灰及其浸出液的研究進(jìn)展

汪鳳寶，龐瑞華，蔣 友，胡友彪，查甫更

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001）

垃圾焚燒飛灰易富集大量重金屬，屬于危險(xiǎn)廢物（HW18）。飛灰中重金屬具有較高浸出毒性，與酸溶解態(tài)重金屬含量呈強(qiáng)相關(guān)性[1]，降低飛灰的浸出毒性的主要途徑有固化/穩(wěn)定化、熱處理和分離萃取[2]。

電滲析技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于海水淡化[3]和污泥[4]等污染物的處理過程中，實(shí)現(xiàn)相關(guān)物質(zhì)的分離、濃縮和去除。本文以電滲析技術(shù)處理飛灰及其浸出液為研究對(duì)象，介紹相關(guān)研究成果，并對(duì)其最新研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行探討。

1 電滲析原理及過程

電滲析法是直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使水中帶電離子快速遷移并與水溶液分離的一種處理技術(shù)。在兩個(gè)電極之間分別放置陽離子和陰離子交換膜，待處理溶液中含有的陽離子（重金屬等離子），在外加電場(chǎng)的作用下做定向移動(dòng)，向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)，由于陰陽離子的選擇透過性，促使待處理溶液中的離子與原溶液實(shí)現(xiàn)分離。在整個(gè)電滲析反應(yīng)過程中，主要反應(yīng)過程為反離子遷移，次要反應(yīng)過程主要包括同離子遷移、濃差擴(kuò)散、水的滲透、壓差滲漏和水的電離[5]。

2 電滲析處理飛灰浸出液

電滲析處理飛灰浸出液主要體現(xiàn)在分離濃縮和回收兩個(gè)方面。魏國(guó)俠等[6]采用電滲析法分離醫(yī)療垃圾焚燒飛灰浸出液中重金屬，指出了電流密度、液固比、處理時(shí)間等參數(shù)均對(duì)浸出液中重金屬移除的有影響，此外，不同的浸出劑對(duì)電滲析移除浸出液中重金屬也有影響，對(duì)不同的重金屬的影響差別較大[7-8]。如何從浸出液中回收重金屬一直都是目前研究的重點(diǎn)。Nancharaiah[9]總結(jié)了各種重金屬被回收或處理所需的電極電位，并指出各種重金屬的作用效果受浸出液pH值、初始濃度、電極、膜等因素影響。Yang[8]利用陰極電沉積法回收酸浸出液中的25.7%Pb和59.8%Cu，但在經(jīng)濟(jì)上不可行[10]。

3 電滲析處理飛灰

電滲析技術(shù)可加速飛灰中重金屬的分離，移除飛灰中重金屬作用效果與電流強(qiáng)度、修復(fù)時(shí)間、助劑、反應(yīng)體系pH值、攪拌速率、固液比、反應(yīng)器構(gòu)造、飛灰特性和重金屬化學(xué)形態(tài)等因素有關(guān)[11]。提高電流強(qiáng)度有利移除飛灰中Zn和 Pb，對(duì)Cr的移除率的提升有限[12]。電滲析裝置的構(gòu)造對(duì)電滲析效果也有顯著影響，Chen[13]發(fā)現(xiàn)在2室反應(yīng)裝置中，酸化過程更快，陽極室中浸出液與電極直接接觸而使電滲析性能更好，但Kirkelund比較發(fā)現(xiàn)3室的處理效果更好，并指出影響重金屬浸出毒性和移除效果的重要因素是反應(yīng)體系的最終pH值。添加攪拌裝置避免在電極處和離子交換膜上沉淀并提升了重金屬的去除效果，投加助劑提高重金屬的浸出濃度也能提高重金屬移除效果。Pedersen證實(shí)電滲析移除飛灰中Pb、Zn的效果與飛灰的 pH值有關(guān)，還與飛灰重金屬化學(xué)形態(tài)有關(guān)；在眾多影響因素中，反應(yīng)時(shí)間對(duì)重金屬的去除影響最大，且對(duì)不同重金屬的影響存在差異[12]。

4 電滲析技術(shù)飛灰的研究趨勢(shì)

電滲析技術(shù)的核心在于離子交換膜，而飛灰及其浸出液中硅酸鹽、鋁化合物形成的膠體物質(zhì)易造成離子交換膜的污染。膜構(gòu)件的發(fā)展是電滲技術(shù)應(yīng)用推廣的最大動(dòng)力；降低電滲析技術(shù)處理成本也是未來研究考慮重點(diǎn)，目前有關(guān)學(xué)者提出利用微生物燃料電池產(chǎn)電來分離回收飛灰浸出液中重金屬，但微生物燃料電池的輸出電壓和產(chǎn)電量阻止其應(yīng)用；采用電滲析技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合提高重金屬分離效果也是未來研究方向。