我国是世界铅锌第一生产大国,2009年铅、锌产量分别达370.79万吨和435.67万吨。铅锌冶炼过程产生的大量SO2烟气主要用于制硫酸,烟气中还含有汞等重金属烟尘,烟气制酸前在洗涤除尘过程中产生大量高浓度酸性重金属废水(简称污酸)。污酸废水酸度高,其中含有多种重金属离子,且重金属离子浓度高,形态复杂,毒性大。传统的硫化处理方法难以实现稳定达标。污酸若得不到有效的处理而排放入环境,将会给水体带来严重的污染。本研究以株洲冶炼集团铅锌冶炼过程烟气洗涤产生的污酸为研究对象,其性质非常复杂。污酸中硫酸的含量在2-4%之间,还溶解了高浓度的SO2酸性气体,主要含有汞、铜、铅、锌、镉、砷等重金属离子,以及高浓度的氟、氯及硫酸根离子。针对目前采用硫化法处理含汞污酸难以稳定达标的现状,研究了污酸的性质,提出了污酸生物制剂法处理新工艺,主要研究成果如下：通过研究污酸的性质及其中汞的赋存形态,确定了污酸中汞主要有三种赋存形态：颗粒态、胶体态和离子态；通过研究硫化法处理污酸的热力学,剖析了硫化法处理污酸重金属不能稳定达标的原因,为解决胶体汞去除的难题奠定了理论基础。采用电毛细曲线法研究了污酸中汞胶体的结构,建立了污酸中汞胶体结构模型,结果表明原子态汞进入污酸溶液将优先超载吸附HgCl42-形成三电层结构,并对其形成胶体键能进行了分析,发现原子汞表面和HgCl42-之间产生的键能较弱。根据Gouy-Chapman-Stern (GCS)模型对汞胶体的zeta电位进行了推算,并考察了溶液中的金属阳离子对胶体汞稳定性的影响,提出了污酸中胶体汞的破坏方法。开发了“生物制剂配合—水解”处理污酸新工艺,研制了处理含汞污酸的生物制剂,并优选了一种高分子阳离子化合物——脱汞剂,通过生物制剂和脱汞剂的协同作用同时深度脱除污酸中的汞及其他重金属离子。生物制剂基于其中含有的多种功能基团脱除污酸中离子态汞和其他重金属离子,实现出水高效净化。脱汞剂主要通过压缩双电层破坏胶体汞的结构,以网捕架桥的作用使胶体汞发生絮凝沉淀。通过单因素和正交试验确定了生物制剂法脱除污酸中汞及其他重金属的最优条件：生物制剂/Hg=16,脱汞剂投加量16mg/L,配合反应时间30min,水解pH值10.0,水解时间30min,处理后出水中各重金属离子浓度均达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。为了将实验室的研究成果转化为生产力,使化学反应适应实际工业生产,在株冶污酸工段现场进行了污酸(15-30m3/h)生物制剂连续化处理的中间试验。研究开发了多级溢流反应设备,基于计算机模拟优化设计了管道反应器,实现了生物制剂、脱汞剂与污酸中重金属的高效混合反应,并优化工艺参数,确定了工业生产过程中各药剂的投加量和生产参数：生物制剂/汞=40,脱汞剂的投加量为20g/m3,水解pH值10-11。新工艺在株冶原硫化设施上进行了试运行,通过湖南省环境监测站连续48小时的跟踪监测分析,结果表明处理后出水中各重金属离子浓度均达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。基于污酸中不同形态汞的特征,提出增加均化工序以净化颗粒态汞的新思路。在株冶原硫化处理设施上进行工业试验,为污酸生物制剂处理工艺改造提供设计参数,同时为污酸渣的综合利用提供依据。工业试验结果表明,生物制剂法通过均化、配合、水解三个过程,实现对污酸中的汞以及其他重金属同时深度处理,回收的均化渣和配合渣中汞的质量分数分别为28.31%和45.08%,均可以作为冶炼原料回收其中的重金属。水解渣中重金属含量低,便于安全处置。在工业试验的基础上,株冶集团根据生物制剂法处理流程对污酸处理系统进行了全面的升级改造。建成了100m3/h的工程示范,该技术列于2009年度国家先进污染防治示范技术名录,可为国内同类废水处理提供可行技术。