金鹏康教授团队在高效回收电解锰生产废水中高浓度锰离子研究方面取得新进展

近日，西安交通大学金鹏康教授污水处理与资源化创新团队在高效回收电解锰生产废水中高浓度锰离子研究方面取得新进展。

基于团队已有研究，通过自主研发特征晶种，创新提出了核晶造粒锰资源回收技术，并实现了锰离子的高效回收。

相关成果以" Nucleation crystallization pelleting process for highly efficient manganese ion recovery in electrolytic manganese wastewater "为题发表于工程技术领域著名期刊Chemical Engineering Journal（IF=15.1）。金鹏康教授为论文通讯作者，博士研究生商亚博为论文第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目的资助。

题目：高效回收电解锰废水中锰离子的核晶造粒技术

Nucleation crystallization pelleting process for highly efficient manganese ion recovery in electrolytic manganese wastewater

发表时间：2023年9月

第一作者：商亚博 博士研究生

通讯作者：金鹏康 教授

创新点

• 构建了高效回收锰离子的核晶造粒工艺，并验证了中试实验的稳定性；

• 特征晶种的存在为锰离子的造粒结晶提供了活性位点；

• 形成了高纯度碳酸锰造粒结晶体，能够直接用于电解锰生产前端；

• 无高含锰危废污泥产生，提高了锰资源回收再利用效率。

文章简介

针对废水中不同高价离子得去除，传统的处理方式是在预处理单元后加入大量的化学药剂（氢氧化钠和碳酸钠）使其产生沉淀，之后辅以“混凝-沉淀-过滤”单元去除。

其中，但作为关键环节的沉淀环节，即固液分离阶段，其效率受制于生成化学絮凝体密度。

通过普通化学沉淀生成的絮凝体结构松散，含水率高，密度小，沉速低，难以高效分离且处理设施庞大。

基于此，团队自上世纪90年代起先后完成了造粒混凝理论的原始创新，突破了致密型絮凝体形成的技术难题，提出了将水中微元颗粒的聚集成长从随机碰撞结合模式转变为规则型结合模式的理论模型，通过近30年两代人的努力建立了逐一附着型、收缩脱水型、核晶凝聚诱导型造粒混凝的技术体系。

项目成果先后荣获国家科技进步二等奖、陕西省科学技术一等奖等多项科研奖励。

图1 造粒混凝原理示意图

基于造粒混凝技术研究，提出了核晶造粒分盐与资源回收技术。

该技术是通过投加具有诱导高价离子表面造粒结晶的晶核，同时辅以对应的沉淀药剂，诱导高价离子的沉淀物在晶核表面造粒结晶。

反应过程中，在高强度容积挤压力作用下，使高浓度微粒间液膜中的水分迅速排除，形成局部负压“收缩脱水”，从而将高价离子的沉淀物分步造粒结晶过程中形成的高次空隙水挤压出去，使得金属离子沉淀物的造粒结晶体密实且不含水。

同时，高强度的水力条件会“切割”造粒体表面的非密实结构。晶核的存在可有效降低高价离子的活化能势垒，诱导高价离子在加入的晶核表面造粒结晶，避免了化学絮体之间的随机聚集，实现了高价离子的高效去除与回收，且形成的密实造粒体无需污泥脱水。

基于该模式，将该技术应用于典型电解锰废水锰资源回收中，实现了锰离子的高效回收与再利用，提高了企业生产效益。

图2 不同药剂投加量对NCP处理效果的影响

图3 五级串联的NCP系统对锰离子的去除率

图4 连续运行20天的出水效果

图5  NCP所形成的碳酸锰造粒体形貌表征

图6  NCP所形成的碳酸锰造粒体官能团表征

图7 机理探究

（来源：污水处理与资源化创新团队）

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本文由丨工业水处理丨精编发布

编辑：文海｜审核：麦西夫

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