氧化鎂、氫氧化鎂在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

氧化鎂、氫氧化鎂在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用張明（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，海洋091,學(xué)號(hào)01）摘要:評(píng)述了氧化鎂、氫氧化鎂在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用的近期進(jìn)展，包括廢水中重金屬脫除、印染廢水脫色、廢水脫磷、煙氣脫硫、造紙廠紙漿精制，并展望了發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:氧化鎂;氫氧化鎂;環(huán)境;應(yīng)用自Vaugham在1994年首次稱氫氧化鎂為綠色安全中和劑以來(lái)，氧化鎂（輕燒氧化鎂）、氫氧化鎂因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的緩沖性能（pH值最高不超過(guò)9）,較高的活性和吸附能力,以及處理使用安全可靠不具腐蝕性等獨(dú)特性能，作為一種環(huán)境友好型的第三種堿的弱堿，在環(huán)境領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。筆者就近5年來(lái)鎂制劑在工業(yè)廢水處理，包括重金屬脫除、印染廢水脫色、廢水脫磷，以及煙氣脫硫、造紙漿液精制等方面的應(yīng)用情況作一簡(jiǎn)要的綜述與分析。1工業(yè)廢水處理1-1重金屬脫除對(duì)于含鉛廢水可用粉狀氧化鎂、粉狀氫氧化鎂或氫氧化鎂乳液作處理劑，既可中和廢水中的酸，又可使鉛離子形成沉淀并通過(guò)氫氧化鎂的吸附作用進(jìn)一步去除。原水pH=2，鉛離子含量25mg/L，處理后出水pH=7,鉛離子含量1.0mg/L，鉛的脫除率在96%以上，經(jīng)處理后的廢水可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)［1］。邵磊［2］等利用產(chǎn)于丹東的水鎂石（天然氫氧化鎂）對(duì)酸性溶液中銅、鉛等重金屬離子脫除效果進(jìn)行了研究，并應(yīng)用在大冶有色金屬公司冶煉廠含銅、鉛、鋅、鎘廢水的處理上溶液ph值、銅、鉛離子濃度以及銅、鉛離子共存，均對(duì)水鎂石脫除重金屬的效果產(chǎn)生影響。隨著溶液pH值增大，水鎂石對(duì)銅、鉛離子的脫除處理也增強(qiáng);銅、鉛離子在水鎂石上的吸附量隨其濃度的增大而增大;銅、鉛離子共存會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)吸附，從而會(huì)降低它們?cè)谒V石上的吸附量。水鎂石能脫除酸性廢水中的多種重金屬離子。在處理大冶有色金屬冶煉廠廢水時(shí)，粒徑<30|Jm水鎂石粉用量8g/L.<75pm的用量為16g/L時(shí),處理廢水中四種重金屬全部達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。水鎂石粒度越小，處理效果越好。對(duì)于丹寧廠排放的含鉻（Cr3+）廢水，可用氧化鎂和絮凝劑作聯(lián)合處理，能有效地脫除鉻和懸浮固體物。最佳處理?xiàng)l件是:脫除每克鉻氧化鎂用量1g,絮凝劑0.23g,溫度為80^,懸浮物混合時(shí)間為1~2h,pH值為6.5~6-7,然后用過(guò)濾法分離［3］。兩種不同來(lái)源的氫氧化鎂可用于含鹽廢水中重金屬離子的脫除，一種由氯化鎂和燒堿制得,另一種由輕燒氧化鎂經(jīng)水合法制得。銅、鐵、鉻（三價(jià)）、鉛和鋅幾乎可全部脫除，鎳、鎘僅當(dāng)氫氧化鎂過(guò)量時(shí)方有效，對(duì)于錳（二價(jià)）和汞不適用，鉻（六價(jià)）必須在處理前脫除。絡(luò)合劑如EDTA和氨的存在對(duì)銅和鉛的脫除有干擾，但對(duì)鐵無(wú)影響。來(lái)自氯化鎂和燒堿的氫氧化鎂沉淀有利于改善過(guò)濾和沉降性能，但其脫除能力相對(duì)較弱。水合法氫氧化鎂可提供較好的過(guò)濾性能，但沉降速度較慢。王暉［4］用菱鎂礦（含MgCO398.56%）作凈化劑,處理高濃度含鉻廢水，在較低用量（2kg/m3）下，能夠處理濃度為100~190mg/L的含鉻廢水，處理后的清液含鉻量小于0?4mg/L,鉻脫除率在99?6%以上。同時(shí)還具有沉降速度快、污泥體積小等特點(diǎn)。此外,金屬加工廠排放的含有銅等重金屬離子的廢水既可用氧化鎂、氫氧化鎂，也可用鋁碳酸鎂（水滑石）脫除［5］。氫氧化鎂或堿式硫酸鎂［MgSO4?5Mg（OH）2）?3H2O］可作為吸附劑脫除金屬抽絲廠廢水中的銅［6］。也可用白云石（MgCO3?CaCO3）脫除不同工業(yè)廢水中的鐵、銅和鋅等金屬離子。1?2印染廢水脫色近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了鎂劑脫色的多項(xiàng)研究，其原理是利用鎂鹽和堿生成帶正電荷的氫氧化鎂沉淀,強(qiáng)烈吸附帶負(fù)電荷的陰離子染料而使染料廢水得以脫色。鎂鹽脫色工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、處理劑來(lái)源廣泛，易于實(shí)施。嵇鳴等［7~9］針對(duì)某廠廢水(黑色,pH值9~10，色度150?250，懸浮固體濃度100~200mg/L,染色成分為直接灰、直接耐曬藍(lán)和染整助劑等),采用氫氧化鎂進(jìn)行脫色處理，考察了pH值、鎂鹽加入量、固液分離方法等對(duì)脫色效果的影響，結(jié)果表明，氫氧化鎂具有良好的脫色效果,在鎂鹽添加量為600mg/L,pH值為11的條件下，脫色率在98%以上，氫氧化鎂對(duì)直接灰染料的飽和吸附量為2.1221g/g。最近又提出了用氫氧化鎂吸附-陶瓷膜微濾相結(jié)合的方法處理印染廢水,得出如下結(jié)論：(1)采用氫氧化鎂吸附處理和陶瓷膜微濾處理活性染料廢水在技術(shù)上是完全可行的，在一定的條件下,0?川m和1?0pm膜脫色率可達(dá)98%以上。(2)合適的處理?xiàng)l件為:選用1?0pm膜,鎂鹽添加量為600?800mg/L,pH值為11?12,操作壓力0-15MPa,錯(cuò)流速度3?5m/s。(3)采用氫氧化鎂吸附與無(wú)機(jī)膜微濾相結(jié)合處理印染廢水在工藝上具有一定的優(yōu)點(diǎn)，鎂鹽吸附可在微濾儲(chǔ)槽中直接進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)一體化快速分離,出水澄清透明，有可能作為印染用水回收使用。路平等［10］對(duì)于酸性藍(lán)納灑脫藍(lán)(紅)廢水，含有活性紫K-3R,活性紅K-2BP和活性橙K-GN等染料混合廢水以及含有多種印染助劑的廢水，用鎂鹽作處理劑進(jìn)行脫色處理,具有良好的脫色效果。在鎂鹽添加量為600mg/L,pH值11?0?11.5的條件下，脫色率在91%以上。在相同條件下，鎂鹽法的脫色效果優(yōu)于鐵鹽法,且因鐵鹽法殘留鐵的耗氧而使排放液濁度增高,溶解氧降低。而鎂鹽法殘留鎂對(duì)環(huán)境無(wú)影響。Soldatkina［11］研究了氫氧化鎂對(duì)水溶性染料(性、堿性、直接)的吸附規(guī)律。這些染料能有效地被氫氧化鎂吸附，從硫酸鎂制得者較從氯化鎂制得者更為有效。并探討了不同染料被氫氧化鎂吸附的熱力學(xué)參數(shù)和Langmuir常數(shù)。被試廢水中的染料包括:酸性橙、酸性紅、直接紅和直接橙。Boon［12］比較了鎂鹽、硫酸鋁和聚合氯化鋁處理印染廢水的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，氯化鎂較之后兩者具有很多優(yōu)越性，且能減少沉淀物沉降時(shí)間。對(duì)Prai(馬來(lái)西亞)印染廠廢水處理結(jié)果顯示:脫色率97?9%,COD和懸浮物脫除率分別為88?4%和95?5%。1?3廢水脫磷、脫銨用鎂劑諸如氫氧化鎂、輕燒氧化鎂、白云石灰(CaO?MgO)脫磷除銨效果顯著。例如：處理<1200mg/L的污水和廢水，磷的去除率在90%以上;用輕燒氧化鎂，銨脫除率達(dá)到93%;用白云石灰脫除磷、銨時(shí),pH值在80?84之間效果更好，不能低于7*5,以利于磷酸銨鎂(struvite,MgNH4PO3?6H2O)的生成。p(NH+4)>100mg/L,n(NH+4)/n(PO3-4)N1的工業(yè)廢水,可用氫氧化鎂或氯化鎂處理，控制n(Mg2+)/n(PO3-4)N1，在pH=7?5的條件下攪拌混合形成磷酸銨鎂，進(jìn)而將磷和銨脫除，生成的沉淀物經(jīng)過(guò)濾分離回收用作肥料［13］。Wu［14］研究了利用氫氧化鎂脫厭氧泥漿中含磷養(yǎng)分的方法，得出如下結(jié)論:(1)對(duì)于含PO3-4-P50?60mg/L待處理料液,添加氫氧化鎂200?400mg/L，無(wú)論是試劑級(jí)還是回收氫氧化鎂,磷脫除率均在84%?93%之間;(2)氫氧化鎂可加速厭氧液漿的消解過(guò)程，在經(jīng)過(guò)改進(jìn)的消解器中，總懸浮物(SS)、揮發(fā)性懸浮物、總COD和可溶性COD均有較大幅度的降低;(3)氫氧化鎂可改善消解泥漿的過(guò)濾性能;(4)用氫氧化鎂脫除厭氧泥漿中的磷養(yǎng)分是行之有效的;(5)從降低處理過(guò)程成本出發(fā),使用從熱電廠煙氣脫磷作業(yè)中得到的回收氫氧化鎂作處理劑,對(duì)城市廢水處理廠來(lái)說(shuō)，氫氧化鎂具有潛在的應(yīng)用價(jià)值和光明的前景。最近日本荷原公司還發(fā)表了2件有關(guān)兩段和多段鎂劑廢水脫磷的專(zhuān)利［15,16］。2煙氣脫硫首先采用鎂劑按濕法作業(yè)進(jìn)行煙氣脫硫的是日本，到上世紀(jì)90年代初已有數(shù)10套裝置投入運(yùn)行。由于鎂劑脫硫具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、裝置易于維護(hù)和檢修、連續(xù)作業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠、不產(chǎn)生石膏結(jié)垢、副產(chǎn)物硫酸鎂或回收利用或無(wú)污染排放等諸多優(yōu)點(diǎn),日本三菱重工、石川島播磨重工(IHI)、東洋工程等公司競(jìng)相開(kāi)發(fā)這一技術(shù)。隨著鎂劑脫硫裝置的日趨增設(shè)，過(guò)去20多年來(lái)每年消耗在煙氣脫硫領(lǐng)域中的料漿狀氫氧化鎂在70~80萬(wàn)t左右，相當(dāng)18~20萬(wàn)t輕燒氧化鎂［17］。從另一方面也促進(jìn)了日本料漿狀氫氧化鎂產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。從1996年日本氫氧化鎂總產(chǎn)量的44萬(wàn)t(干基),增加到1999年的49?6萬(wàn)t,而用于煙氣脫硫方面的氫氧化鎂分別為16?3萬(wàn)t和26?8萬(wàn)t,前者占總量的37?1%,后者占54?0%,是國(guó)外鎂劑脫硫規(guī)模最大、鎂劑用量最多的國(guó)家［18］。石川島播磨近10年來(lái)(1988?1997年)向日本國(guó)內(nèi)提供了不同規(guī)模的鎂劑濕法脫硫裝置20多套。其共同的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊,投資建設(shè)費(fèi)用比鈣法低，鎂劑物料易于處理以及連續(xù)作業(yè)安全可靠等。三菱公司安裝在神戶造船廠的6套脫硫裝置的除塵效率為85?7%~94.8%,脫硫率94?4%~99?2%,排放廢水中,COD(4?25)mg/L,懸浮物(2?16)mg/L,pH值5?9?7.6。最近,IHI開(kāi)發(fā)的鎂劑濕法煙氣脫硫工藝經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)創(chuàng)新已日趨完善。無(wú)論從脫硫效率、除塵效率、運(yùn)行特點(diǎn)以及廢水處理情況都卓有成效。廢水處理項(xiàng)目中的COD、SS、pH值均附合環(huán)保要求。鎂劑脫硫新工藝中的連續(xù)吸收和氧化作業(yè)較分段吸收氧化更經(jīng)濟(jì)、合理。IHI現(xiàn)有兩種不同型式的氫氧化鎂濕法脫硫工藝，可滿足不同用戶的需要［19］?？傊捎阪V劑脫硫在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性以及研發(fā)工作的不斷深入，這一工藝在日本仍在不斷發(fā)展創(chuàng)新之中。在美國(guó)，煙氣脫硫是氫氧化鎂的消耗領(lǐng)域之一。美國(guó)Zimmer熱電廠是用鎂劑脫硫比較成功的電廠，裝置已運(yùn)行多年，其特點(diǎn)是鎂劑經(jīng)回收循環(huán)使用［20］。由Dravo公司開(kāi)發(fā)的白云石灰脫硫裝置也已投入運(yùn)行多年，并將脫硫產(chǎn)物再轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂作為商品出售［21］。韓國(guó)在鎂劑脫硫工藝中著重研究了各種氣-液吸收裝置的功能特性，在一種被稱為環(huán)式雙流塔板吸收器(COFT)中的脫硫率達(dá)95%以上。最近，由波蘭華沙工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的鎂濕法煙氣脫硫工藝獲得成功，并在火電廠中廣泛應(yīng)用。Ur-banek認(rèn)為鎂劑濕法脫硫是一項(xiàng)頗具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)的工藝，可代替石灰實(shí)現(xiàn)無(wú)廢物運(yùn)行。1990~2000年間在波蘭安裝了10套裝置，機(jī)組能力分別為5MW?92MW,2000年以后又有多套裝置投入運(yùn)行。運(yùn)行情況表明,鎂劑脫硫提供了較好的技術(shù)參數(shù),并副產(chǎn)高質(zhì)量的硫酸鎂肥料。通過(guò)優(yōu)化組合，這一工藝已用于大型電廠，并可提高熱電廠效率，降低運(yùn)行成本。在國(guó)內(nèi)，徐威明提出了利用山東萊洲菱鎂礦等外礦在燃煤電廠就地制備料漿狀氫氧化鎂脫硫劑，以供電廠煙氣脫硫之需，但如何處置硫酸鎂不明。O’Driscoll在去年訪問(wèn)山東鎂礦時(shí)曾提到該礦與美國(guó)一家公司合作，擬將輕燒氧化鎂用于勝利油田電廠煙氣脫硫作業(yè)。3造紙漿液精制Chuan［22］研究了用氧化鎂代替氨水在亞硫酸銨制漿作業(yè)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，用氧化鎂作為堿性緩沖劑，漿液的各項(xiàng)指標(biāo)可達(dá)到與氨水法相近似的水平。用氧化鎂作緩沖劑紙漿易于漂白，能促進(jìn)蒸煮過(guò)程中脫木質(zhì)素作用，并可降低成本，減少污染物排放，有利于環(huán)境保護(hù)。一種稱為CellguardOP的料漿狀氫氧化鎂可在紙漿漂白作業(yè)中應(yīng)用。在Eop漂白作業(yè)中采用氫氧化鎂代替燒堿,并與傳統(tǒng)漂白工藝進(jìn)行了評(píng)述和對(duì)比，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，用氫氧化鎂可保持紙漿的光亮度,改善漿液粘度，降低COD含量和生產(chǎn)成本。在紙漿用過(guò)氧化氫漂白工藝中，用氧化鎂或氫氧化鎂代替燒堿，可降低漿液中鐵、錳離子含量，前者可降至2mg/L,后者為10mg/L，并可改進(jìn)漿液質(zhì)量(避免由于鐵的過(guò)量存在而發(fā)黃)。同時(shí)具有緩沖作用,pH值易于控制，若配合使用無(wú)機(jī)絡(luò)合劑磷酸鹽、硅酸鹽效果更好。氧化鎂可以用作濕潤(rùn)劑改進(jìn)紙漿脫墨作業(yè)。在一個(gè)稱為L(zhǎng)amort脫墨器中脫墨效果與燒堿的作用相當(dāng)。在FletcherChallengeAlburv的造紙廠紙漿浮選脫墨的現(xiàn)場(chǎng)試生產(chǎn)表明，氧化鎂能成功地代替燒堿。鎂基亞硫酸鹽調(diào)漿工藝是對(duì)傳統(tǒng)亞硫酸鹽制漿工藝的一項(xiàng)改進(jìn)，所用藥劑和廢熱可以回收利用。在改進(jìn)的工藝中可以利用較低質(zhì)量的木材為原料，所獲得紙漿可用于新聞?dòng)∷⒓垙埖闹圃欤瑸樵旒垙S傳統(tǒng)亞硫酸鹽制漿作業(yè)中解決諸如生態(tài)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題提供了可能。鎂劑資源可用天然氫氧化鎂一——水鎂石礦。鎂劑工藝較酸性亞硫酸鹽工藝所得到紙漿的強(qiáng)度(特別是斷裂強(qiáng)度)更高，而且采用鎂劑作業(yè)投資少。參考文獻(xiàn):[1]鄭榮光，王芳-氫氧化鎂處理含鉛廢水的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2000,32(1):26?27.邵磊,陳建峰,母?jìng)?，?水鎂石脫除酸性廢水中重金屬的研究[J].非金屬礦,2002,25(4):52?54.CAOZhonghua?Useofmagnesiafortreatmentofwastewaterfromtanningoperations[J].VodosnabzhenicSanitamayaTekhnika,1999,(5):29-30.王暉.碳酸鎂凈化含鉻廢水的溶液化學(xué)[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)-2000,31(5):429?432.KikuchiT,FujiiT.Processforremovingheavymetalionsfromwastewater[P].JP:10216742,1998-08-18.OkaueK,MurakiH,AidaH.Liquidpurifacationapparatusfortreatmentofwastewatercontainingdissolvedmetalions[P].JP:13327977.2001-11-07.嵇鳴,趙宜江，張艷,等-氫氧化鎂對(duì)印染廢水脫色處理[J].水處理技術(shù),2000,26(4):245?248.趙宜江，嵇鳴?氫氧化鎂吸附-陶瓷膜微濾對(duì)印染廢水脫色的研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),2000,20(1):41?45.嵇鳴，張艷?吸附-微濾法對(duì)印染廢水脫色的研究[J].環(huán)境化學(xué),2002,21(2):155?163.路平,王敏娟?鎂鹽對(duì)印染廢水脫色處理研究[J].工業(yè)水處理,2002,22(6):35?37.SoldatkinaLM.Adsorptionofdyesonmagnesiumhydroxide[J].AdsorptionScience&Technology.2001,19(4):267~272.BoonHT,YjoonTT,MohdDmarAK.Removalofdyesandindustrialdyewastebymagnesiumchloride[J]-WaterResearch.2000,34(2):597~601.NakamuraI,FujiiM.Dephosphorizationoffecalwastewaterbyprecipitation[P]-JP:09276877.1997-12-28.WuQ,BishopLP,KeenerTC.Sludgedigestionenhance-mentandnutrientremovalfromanaerobicsupernatantbyMg(OH)2application[J]-WaterScienceandTechnology.2001,44(1):161?166.ShimamuraK.Twostepwastewaterdephosphorizationmethodandapparatus[P]JP:14126761.2002-05-08.ShimamuraK,TanckaT,WatanabeA.Multistepdephos-phorizationmethodandfacilityforwastewatertreatment[P]JP:14126759.2002-05-08.SimsS.Causti