电渗析法处理飞灰及其浸出液的研究进展

汪凤宝，庞瑞华，蒋 友，胡友彪，查甫更

（安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001）

垃圾焚烧飞灰易富集大量重金属，属于危险废物（HW18）。飞灰中重金属具有较高浸出毒性，与酸溶解态重金属含量呈强相关性[1]，降低飞灰的浸出毒性的主要途径有固化/稳定化、热处理和分离萃取[2]。

电渗析技术已广泛地应用于海水淡化[3]和污泥[4]等污染物的处理过程中，实现相关物质的分离、浓缩和去除。本文以电渗析技术处理飞灰及其浸出液为研究对象，介绍相关研究成果，并对其最新研究动态进行探讨。

1 电渗析原理及过程

电渗析法是直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使水中带电离子快速迁移并与水溶液分离的一种处理技术。在两个电极之间分别放置阳离子和阴离子交换膜，待处理溶液中含有的阳离子（重金属等离子），在外加电场的作用下做定向移动，向阴极移动，阴离子向阳极移动，由于阴阳离子的选择透过性，促使待处理溶液中的离子与原溶液实现分离。在整个电渗析反应过程中，主要反应过程为反离子迁移，次要反应过程主要包括同离子迁移、浓差扩散、水的渗透、压差渗漏和水的电离[5]。

2 电渗析处理飞灰浸出液

电渗析处理飞灰浸出液主要体现在分离浓缩和回收两个方面。魏国侠等[6]采用电渗析法分离医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属，指出了电流密度、液固比、处理时间等参数均对浸出液中重金属移除的有影响，此外，不同的浸出剂对电渗析移除浸出液中重金属也有影响，对不同的重金属的影响差别较大[7-8]。如何从浸出液中回收重金属一直都是目前研究的重点。Nancharaiah[9]总结了各种重金属被回收或处理所需的电极电位，并指出各种重金属的作用效果受浸出液pH值、初始浓度、电极、膜等因素影响。Yang[8]利用阴极电沉积法回收酸浸出液中的25.7%Pb和59.8%Cu，但在经济上不可行[10]。

3 电渗析处理飞灰

电渗析技术可加速飞灰中重金属的分离，移除飞灰中重金属作用效果与电流强度、修复时间、助剂、反应体系pH值、搅拌速率、固液比、反应器构造、飞灰特性和重金属化学形态等因素有关[11]。提高电流强度有利移除飞灰中Zn和 Pb，对Cr的移除率的提升有限[12]。电渗析装置的构造对电渗析效果也有显著影响，Chen[13]发现在2室反应装置中，酸化过程更快，阳极室中浸出液与电极直接接触而使电渗析性能更好，但Kirkelund比较发现3室的处理效果更好，并指出影响重金属浸出毒性和移除效果的重要因素是反应体系的最终pH值。添加搅拌装置避免在电极处和离子交换膜上沉淀并提升了重金属的去除效果，投加助剂提高重金属的浸出浓度也能提高重金属移除效果。Pedersen证实电渗析移除飞灰中Pb、Zn的效果与飞灰的 pH值有关，还与飞灰重金属化学形态有关；在众多影响因素中，反应时间对重金属的去除影响最大，且对不同重金属的影响存在差异[12]。

4 电渗析技术飞灰的研究趋势

电渗析技术的核心在于离子交换膜，而飞灰及其浸出液中硅酸盐、铝化合物形成的胶体物质易造成离子交换膜的污染。膜构件的发展是电渗技术应用推广的最大动力；降低电渗析技术处理成本也是未来研究考虑重点，目前有关学者提出利用微生物燃料电池产电来分离回收飞灰浸出液中重金属，但微生物燃料电池的输出电压和产电量阻止其应用；采用电渗析技术与膜分离技术耦合提高重金属分离效果也是未来研究方向。