氧化镁、氢氧化镁在环保领域中的应用

氧化镁、氢氧化镁在环保领域中的应用张明（天津渤海职业技术学院，海洋091,学号01）摘要:评述了氧化镁、氢氧化镁在环境保护领域中应用的近期进展，包括废水中重金属脱除、印染废水脱色、废水脱磷、烟气脱硫、造纸厂纸浆精制，并展望了发展前景。关键词:氧化镁;氢氧化镁;环境;应用自Vaugham在1994年首次称氢氧化镁为绿色安全中和剂以来，氧化镁（轻烧氧化镁）、氢氧化镁因为具有较强的缓冲性能（pH值最高不超过9）,较高的活性和吸附能力,以及处理使用安全可靠不具腐蚀性等独特性能，作为一种环境友好型的第三种碱的弱碱，在环境领域得到了广泛的应用。笔者就近5年来镁制剂在工业废水处理，包括重金属脱除、印染废水脱色、废水脱磷，以及烟气脱硫、造纸浆液精制等方面的应用情况作一简要的综述与分析。1工业废水处理1-1重金属脱除对于含铅废水可用粉状氧化镁、粉状氢氧化镁或氢氧化镁乳液作处理剂，既可中和废水中的酸，又可使铅离子形成沉淀并通过氢氧化镁的吸附作用进一步去除。原水pH=2，铅离子含量25mg/L，处理后出水pH=7,铅离子含量1.0mg/L，铅的脱除率在96%以上，经处理后的废水可达排放标准［1］。邵磊［2］等利用产于丹东的水镁石（天然氢氧化镁）对酸性溶液中铜、铅等重金属离子脱除效果进行了研究，并应用在大冶有色金属公司冶炼厂含铜、铅、锌、镉废水的处理上溶液ph值、铜、铅离子浓度以及铜、铅离子共存，均对水镁石脱除重金属的效果产生影响。随着溶液pH值增大，水镁石对铜、铅离子的脱除处理也增强;铜、铅离子在水镁石上的吸附量随其浓度的增大而增大;铜、铅离子共存会导致竞争吸附，从而会降低它们在水镁石上的吸附量。水镁石能脱除酸性废水中的多种重金属离子。在处理大冶有色金属冶炼厂废水时，粒径<30|Jm水镁石粉用量8g/L.<75pm的用量为16g/L时,处理废水中四种重金属全部达到外排标准。水镁石粒度越小，处理效果越好。对于丹宁厂排放的含铬（Cr3+）废水，可用氧化镁和絮凝剂作联合处理，能有效地脱除铬和悬浮固体物。最佳处理条件是:脱除每克铬氧化镁用量1g,絮凝剂0.23g,温度为80^,悬浮物混合时间为1~2h,pH值为6.5~6-7,然后用过滤法分离［3］。两种不同来源的氢氧化镁可用于含盐废水中重金属离子的脱除，一种由氯化镁和烧碱制得,另一种由轻烧氧化镁经水合法制得。铜、铁、铬（三价）、铅和锌几乎可全部脱除，镍、镉仅当氢氧化镁过量时方有效，对于锰（二价）和汞不适用，铬（六价）必须在处理前脱除。络合剂如EDTA和氨的存在对铜和铅的脱除有干扰，但对铁无影响。来自氯化镁和烧碱的氢氧化镁沉淀有利于改善过滤和沉降性能，但其脱除能力相对较弱。水合法氢氧化镁可提供较好的过滤性能，但沉降速度较慢。王晖［4］用菱镁矿（含MgCO398.56%）作净化剂,处理高浓度含铬废水，在较低用量（2kg/m3）下，能够处理浓度为100~190mg/L的含铬废水，处理后的清液含铬量小于0・4mg/L,铬脱除率在99•6%以上。同时还具有沉降速度快、污泥体积小等特点。此外,金属加工厂排放的含有铜等重金属离子的废水既可用氧化镁、氢氧化镁，也可用铝碳酸镁（水滑石）脱除［5］。氢氧化镁或碱式硫酸镁［MgSO4•5Mg（OH）2）•3H2O］可作为吸附剂脱除金属抽丝厂废水中的铜［6］。也可用白云石（MgCO3•CaCO3）脱除不同工业废水中的铁、铜和锌等金属离子。1・2印染废水脱色近年来国内外开展了镁剂脱色的多项研究，其原理是利用镁盐和碱生成带正电荷的氢氧化镁沉淀,强烈吸附带负电荷的阴离子染料而使染料废水得以脱色。镁盐脱色工艺简单、成本低廉、处理剂来源广泛，易于实施。嵇鸣等［7~9］针对某厂废水(黑色,pH值9~10，色度150〜250，悬浮固体浓度100~200mg/L,染色成分为直接灰、直接耐晒蓝和染整助剂等),采用氢氧化镁进行脱色处理，考察了pH值、镁盐加入量、固液分离方法等对脱色效果的影响，结果表明，氢氧化镁具有良好的脱色效果,在镁盐添加量为600mg/L,pH值为11的条件下，脱色率在98%以上，氢氧化镁对直接灰染料的饱和吸附量为2.1221g/g。最近又提出了用氢氧化镁吸附-陶瓷膜微滤相结合的方法处理印染废水,得出如下结论：(1)采用氢氧化镁吸附处理和陶瓷膜微滤处理活性染料废水在技术上是完全可行的，在一定的条件下,0•川m和1・0pm膜脱色率可达98%以上。(2)合适的处理条件为:选用1・0pm膜,镁盐添加量为600〜800mg/L,pH值为11〜12,操作压力0-15MPa,错流速度3〜5m/s。(3)采用氢氧化镁吸附与无机膜微滤相结合处理印染废水在工艺上具有一定的优点，镁盐吸附可在微滤储槽中直接进行，可实现一体化快速分离,出水澄清透明，有可能作为印染用水回收使用。路平等［10］对于酸性蓝纳洒脱蓝(红)废水，含有活性紫K-3R,活性红K-2BP和活性橙K-GN等染料混合废水以及含有多种印染助剂的废水，用镁盐作处理剂进行脱色处理,具有良好的脱色效果。在镁盐添加量为600mg/L,pH值11・0〜11.5的条件下，脱色率在91%以上。在相同条件下，镁盐法的脱色效果优于铁盐法,且因铁盐法残留铁的耗氧而使排放液浊度增高,溶解氧降低。而镁盐法残留镁对环境无影响。Soldatkina［11］研究了氢氧化镁对水溶性染料(性、碱性、直接)的吸附规律。这些染料能有效地被氢氧化镁吸附，从硫酸镁制得者较从氯化镁制得者更为有效。并探讨了不同染料被氢氧化镁吸附的热力学参数和Langmuir常数。被试废水中的染料包括:酸性橙、酸性红、直接红和直接橙。Boon［12］比较了镁盐、硫酸铝和聚合氯化铝处理印染废水的特点、优势，氯化镁较之后两者具有很多优越性，且能减少沉淀物沉降时间。对Prai(马来西亚)印染厂废水处理结果显示:脱色率97•9%,COD和悬浮物脱除率分别为88•4%和95・5%。1•3废水脱磷、脱铵用镁剂诸如氢氧化镁、轻烧氧化镁、白云石灰(CaO•MgO)脱磷除铵效果显著。例如：处理<1200mg/L的污水和废水，磷的去除率在90%以上;用轻烧氧化镁，铵脱除率达到93%;用白云石灰脱除磷、铵时,pH值在80〜84之间效果更好，不能低于7*5,以利于磷酸铵镁(struvite,MgNH4PO3•6H2O)的生成。p(NH+4)>100mg/L,n(NH+4)/n(PO3-4)N1的工业废水,可用氢氧化镁或氯化镁处理，控制n(Mg2+)/n(PO3-4)N1，在pH=7•5的条件下搅拌混合形成磷酸铵镁，进而将磷和铵脱除，生成的沉淀物经过滤分离回收用作肥料［13］。Wu［14］研究了利用氢氧化镁脱厌氧泥浆中含磷养分的方法，得出如下结论:(1)对于含PO3-4-P50〜60mg/L待处理料液,添加氢氧化镁200〜400mg/L，无论是试剂级还是回收氢氧化镁,磷脱除率均在84%〜93%之间;(2)氢氧化镁可加速厌氧液浆的消解过程，在经过改进的消解器中，总悬浮物(SS)、挥发性悬浮物、总COD和可溶性COD均有较大幅度的降低;(3)氢氧化镁可改善消解泥浆的过滤性能;(4)用氢氧化镁脱除厌氧泥浆中的磷养分是行之有效的;(5)从降低处理过程成本出发,使用从热电厂烟气脱磷作业中得到的回收氢氧化镁作处理剂,对城市废水处理厂来说，氢氧化镁具有潜在的应用价值和光明的前景。最近日本荷原公司还发表了2件有关两段和多段镁剂废水脱磷的专利［15,16］。2烟气脱硫首先采用镁剂按湿法作业进行烟气脱硫的是日本，到上世纪90年代初已有数10套装置投入运行。由于镁剂脱硫具有技术先进、经济合理、装置易于维护和检修、连续作业运转安全可靠、不产生石膏结垢、副产物硫酸镁或回收利用或无污染排放等诸多优点,日本三菱重工、石川岛播磨重工(IHI)、东洋工程等公司竞相开发这一技术。随着镁剂脱硫装置的日趋增设，过去20多年来每年消耗在烟气脱硫领域中的料浆状氢氧化镁在70~80万t左右，相当18~20万t轻烧氧化镁［17］。从另一方面也促进了日本料浆状氢氧化镁产品的研发和生产。从1996年日本氢氧化镁总产量的44万t(干基),增加到1999年的49•6万t,而用于烟气脱硫方面的氢氧化镁分别为16•3万t和26•8万t,前者占总量的37•1%,后者占54•0%,是国外镁剂脱硫规模最大、镁剂用量最多的国家［18］。石川岛播磨近10年来(1988〜1997年)向日本国内提供了不同规模的镁剂湿法脱硫装置20多套。其共同的特点是工艺简单，设备紧凑,投资建设费用比钙法低，镁剂物料易于处理以及连续作业安全可靠等。三菱公司安装在神户造船厂的6套脱硫装置的除尘效率为85•7%~94.8%,脱硫率94•4%~99•2%,排放废水中,COD(4〜25)mg/L,悬浮物(2〜16)mg/L,pH值5•9〜7.6。最近,IHI开发的镁剂湿法烟气脱硫工艺经过不断改进创新已日趋完善。无论从脱硫效率、除尘效率、运行特点以及废水处理情况都卓有成效。废水处理项目中的COD、SS、pH值均附合环保要求。镁剂脱硫新工艺中的连续吸收和氧化作业较分段吸收氧化更经济、合理。IHI现有两种不同型式的氢氧化镁湿法脱硫工艺，可满足不同用户的需要［19］。总之，由于镁剂脱硫在技术经济方面的优越性以及研发工作的不断深入，这一工艺在日本仍在不断发展创新之中。在美国，烟气脱硫是氢氧化镁的消耗领域之一。美国Zimmer热电厂是用镁剂脱硫比较成功的电厂，装置已运行多年，其特点是镁剂经回收循环使用［20］。由Dravo公司开发的白云石灰脱硫装置也已投入运行多年，并将脱硫产物再转化成氢氧化镁作为商品出售［21］。韩国在镁剂脱硫工艺中着重研究了各种气-液吸收装置的功能特性，在一种被称为环式双流塔板吸收器(COFT)中的脱硫率达95%以上。最近，由波兰华沙工业大学开发的镁湿法烟气脱硫工艺获得成功，并在火电厂中广泛应用。Ur-banek认为镁剂湿法脱硫是一项颇具经济优势和环境优势的工艺，可代替石灰实现无废物运行。1990~2000年间在波兰安装了10套装置，机组能力分别为5MW〜92MW,2000年以后又有多套装置投入运行。运行情况表明,镁剂脱硫提供了较好的技术参数,并副产高质量的硫酸镁肥料。通过优化组合，这一工艺已用于大型电厂，并可提高热电厂效率，降低运行成本。在国内，徐威明提出了利用山东莱洲菱镁矿等外矿在燃煤电厂就地制备料浆状氢氧化镁脱硫剂，以供电厂烟气脱硫之需，但如何处置硫酸镁不明。O’Driscoll在去年访问山东镁矿时曾提到该矿与美国一家公司合作，拟将轻烧氧化镁用于胜利油田电厂烟气脱硫作业。3造纸浆液精制Chuan［22］研究了用氧化镁代替氨水在亚硫酸铵制浆作业中的应用。结果表明，用氧化镁作为碱性缓冲剂，浆液的各项指标可达到与氨水法相近似的水平。用氧化镁作缓冲剂纸浆易于漂白，能促进蒸煮过程中脱木质素作用，并可降低成本，减少污染物排放，有利于环境保护。一种称为CellguardOP的料浆状氢氧化镁可在纸浆漂白作业中应用。在Eop漂白作业中采用氢氧化镁代替烧碱,并与传统漂白工艺进行了评述和对比，实验室试验表明，用氢氧化镁可保持纸浆的光亮度,改善浆液粘度，降低COD含量和生产成本。在纸浆用过氧化氢漂白工艺中，用氧化镁或氢氧化镁代替烧碱，可降低浆液中铁、锰离子含量，前者可降至2mg/L,后者为10mg/L，并可改进浆液质量(避免由于铁的过量存在而发黄)。同时具有缓冲作用,pH值易于控制，若配合使用无机络合剂磷酸盐、硅酸盐效果更好。氧化镁可以用作湿润剂改进纸浆脱墨作业。在一个称为Lamort脱墨器中脱墨效果与烧碱的作用相当。在FletcherChallengeAlburv的造纸厂纸浆浮选脱墨的现场试生产表明，氧化镁能成功地代替烧碱。镁基亚硫酸盐调浆工艺是对传统亚硫酸盐制浆工艺的一项改进，所用药剂和废热可以回收利用。在改进的工艺中可以利用较低质量的木材为原料，所获得纸浆可用于新闻印刷纸张的制造，为造纸厂传统亚硫酸盐制浆作业中解决诸如生态和经济问题提供了可能。镁剂资源可用天然氢氧化镁一——水镁石矿。镁剂工艺较酸性亚硫酸盐工艺所得到纸浆的强度(特别是断裂强度)更高，而且采用镁剂作业投资少。参考文献:[1]郑荣光，王芳-氢氧化镁处理含铅废水的研究[J].无机盐工业,2000,32(1):26〜27.邵磊,陈建峰,母伟，等-水镁石脱除酸性废水中重金属的研究[J].非金属矿,2002,25(4):52〜54.CAOZhonghua•Useofmagnesiafortreatmentofwastewaterfromtanningoperations[J].VodosnabzhenicSanitamayaTekhnika,1999,(5):29-30.王晖.碳酸镁净化含铬废水的溶液化学[J].中南工业大学学报-2000,31(5):429〜432.KikuchiT,FujiiT.Processforremovingheavymetalionsfromwastewater[P].JP:10216742,1998-08-18.OkaueK,MurakiH,AidaH.Liquidpurifacationapparatusfortreatmentofwastewatercontainingdissolvedmetalions[P].JP:13327977.2001-11-07.嵇鸣,赵宜江，张艳,等-氢氧化镁对印染废水脱色处理[J].水处理技术,2000,26(4):245〜248.赵宜江，嵇鸣•氢氧化镁吸附-陶瓷膜微滤对印染废水脱色的研究[J].膜科学与技术,2000,20(1):41〜45.嵇鸣，张艳•吸附-微滤法对印染废水脱色的研究[J].环境化学,2002,21(2):155〜163.路平,王敏娟•镁盐对印染废水脱色处理研究[J].工业水处理,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