含有色金屬廢水處理工藝
某有色金屬企業(yè)是集采礦、選礦、冶金、化工為一體，生產(chǎn)鎳、銅、鈷及相應(yīng)的鹽類產(chǎn)品的大型有色金屬企業(yè)。該企業(yè)現(xiàn)有污水處理設(shè)施已處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。為此，該企業(yè)擬新建污水處理廠處理來自該企業(yè)各生產(chǎn)單位排出的多種污水，污水總量為1 940 m3/d。該項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)是:一方面污水經(jīng)過處理后，達(dá)到企業(yè)回用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回用;另一方面對污水中重金屬鎳等資源進(jìn)行回收利用，為企業(yè)降低運(yùn)行成本。
1 廢水水質(zhì)分析及回用水質(zhì)要求
1. 1 廢水水質(zhì)、水量情況
各生產(chǎn)單位廢水水量、水質(zhì)情況如表1 所示。依據(jù)廢水分質(zhì)處理的原則，可以將各生產(chǎn)單位排出的廢水分為4大類:1) 高濃度氨氮廢水，包括公司1及公司2廢水;2)高濃度含砷廢水，包括廢酸處理后液及公司1廢水;3) 酸性廢水，包括場面污水、廢酸處理后液及電爐脫硫廢水;4) 其他生產(chǎn)廢水，包括共6個(gè)生產(chǎn)單位排出的廢水，這6種廢水的水質(zhì)比較相似，主要污染物為鎳等重金屬及懸浮物( SS)。
1. 2 回用水水質(zhì)、水量要求
根據(jù)各生產(chǎn)單位對回用水水質(zhì)的要求，可將回用水分為三種。各種回用水的水質(zhì)如表2所示
2 廢水處理工藝
2. 1 廢水預(yù)處理工藝
2. 1. 1 高濃度氨氮廢水預(yù)處理
該企業(yè)排出的廢水中含高濃度氨氮污水有兩種，合計(jì)廢水量Q = 100 m3 / d，混合后pH 值為12. 28，ρ(NH3-N) 為2 582 mg /L，如不進(jìn)行單獨(dú)脫氮預(yù)處理，
直接與該企業(yè)其他生產(chǎn)單位排出的含有高濃度Ni、Cd 等重金屬的廢水混合，重金屬離子與氨氮將生成穩(wěn)定的金屬絡(luò)合離子，為其處理帶來一定困難。所以需對上述兩個(gè)生產(chǎn)單位排出的廢水進(jìn)行單獨(dú)脫氮預(yù)處理。本項(xiàng)目采用三級氨氮蒸汽、空氣吹脫法去除廢水中的氨氮，通過清水淋洗吸收吹脫出來的氨氣來回收氨水。在二、三級吹脫前采用石灰乳堿化廢水，控制pH值> 11，使水中的氨氮基本上以NH3的形式存在，同時(shí)廢水中的SO42-與石灰乳中Ca2 +反應(yīng)生成CaSO4沉淀，去除了廢水中大部分SO42-，以減小SO42-對氨氮吹脫的影響，提高了氨吹脫效率。在石灰乳堿化 廢水過程中產(chǎn)生的CaSO4沉渣，可用來回收石膏。由于公司1 廢水中不僅含有高濃度的氨氮，而且含有高濃度的砷(123 mg /L) ，所以經(jīng)脫氨處理后的廢水還需要與其他高濃度含砷廢水混合進(jìn)行除砷。
2. 1. 2 高濃度含砷廢水預(yù)處理
砷及其化合物是毒性極強(qiáng)的污染物，對于有色金屬冶煉行業(yè)排放的含高濃度砷的廢水安全再利用，除砷是不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將高濃度含砷廢水進(jìn)行單獨(dú)預(yù)處理后，再與該企業(yè)其他生產(chǎn)廢水混合進(jìn)行下一步處理，可提高回收有色金屬的品位，防止砷在系統(tǒng)中循環(huán)積累。根據(jù)石灰鐵鹽法的原理，結(jié)合本項(xiàng)目中廢酸后液廢水中鐵離子含量較高( ρ( Fe) / ρ(As) 為33) 的特點(diǎn)，因此采用三段中和-鐵鹽混凝法處理含砷廢水工藝。一段中和，加入CaCO3將廢酸后液廢水pH調(diào)至2. 5，使CaCO3與原水中SO42-反應(yīng)，生成CaSO4沉淀，去除廢水中大部分SO42-。在pH 值為2. 5 的條件下，廢水中的鐵和三價(jià)砷基本不會形成沉淀，只有少量五價(jià)砷會形成難溶性鹽而進(jìn)入沉渣中。所以，可以利用產(chǎn)生的CaSO4沉渣來回收石膏。二段中和，用石灰乳調(diào)pH 值至10. 5，鼓風(fēng)攪拌，利用廢水中同時(shí)含有砷和鐵，且鐵砷比較高的特點(diǎn)，使廢水中的砷生成溶解度很小的砷的鐵鹽沉淀。另外Fe3+的水解產(chǎn)物Fe(OH)3膠體，可以吸附并與廢水中的砷反應(yīng)，生成難溶鹽沉淀而將其除去。因此本階段可以去除廢水中全部五價(jià)砷，大部分三價(jià)砷及鐵離子。三段中和，用石灰乳調(diào)pH 值至9. 5，并加入FeSO4控制ρ( Fe) / ρ(As) 為15，鼓風(fēng)攪拌，進(jìn)一步去除廢水中的三價(jià)砷。
2. 1. 3 酸性廢水預(yù)處理
需進(jìn)行預(yù)處理的酸性廢水包括場面污水和電爐脫硫廢水，其中場面廢水中含有大量的粉塵等無機(jī)顆粒雜質(zhì)，因此先將其進(jìn)行絮凝沉淀，然后再將其與電爐脫硫廢水混合，加入CaCO3將混合廢水pH 調(diào)至2. 5，使CaCO3與原水中SO42-反應(yīng)，生成CaSO4沉淀，去除廢水中大部分SO42-，沉渣可用于回收石膏。在pH 值為2. 5 的條件下，廢水中的鎳基本不發(fā)生沉淀，可以減少本階段預(yù)處理鎳的損失，以便下一步對其進(jìn)行回收處理。
2. 1. 4 其他生產(chǎn)廢水預(yù)處理
其他生產(chǎn)廢水在去除重金屬并回收鎳之前對其進(jìn)行除懸浮物( SS) 預(yù)處理，以利于鎳的回收。聚丙烯酰胺( PAM) 是一種有機(jī)高分子絮凝劑，由許多CH2 = CH—CONH2結(jié)構(gòu)單元聯(lián)結(jié)而成，通過其高分子的長鏈把污水中的許多細(xì)小顆粒吸附后纏在一起而形成架橋。與無機(jī)絮凝劑相比，PAM 具有用量少、絮凝能力高、效果好、絮凝體粗大、沉降速度快，廢水中共存離子及pH 值影響較小等優(yōu)點(diǎn)。目前該企業(yè)廢水處理站懸浮物去除率在80% 左右，并可同時(shí)去除部分COD。
2. 2 石灰法分級沉淀處理
先將經(jīng)預(yù)處理的全部11種污水混合，然后采用石灰法分級沉淀回收鎳并去除重金屬離子。石灰法分級沉淀是利用不同金屬氫氧化物在不同pH 值下沉淀析出的特性，依次沉淀回收各種金屬氫氧化物。沉淀法處理重金屬廢水具有流程簡單，處理效果好，操作管理便利，處理成本低廉的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種處理重金屬廢水的方法。混合廢水中主要重金屬Ni、Pb、Cd的氫氧化物溶度積(Ksp) 分別為2. 0×10-15、1. 2×10-15、2. 2×10-14，混合廢水經(jīng)PAM 絮凝處理后ρ( Ni)、ρ( Pb)、ρ(Cd) 分別為:10，0. 3，0. 15 mg /L。一級沉淀用石灰水調(diào)pH值至8. 0，可以去除80% 以上的Ni，其他重金屬離子Pb、Cd 等由于其溶度積、濃度及羥基配合作用的關(guān)系，基本不發(fā)生沉淀。二級沉淀用石灰水調(diào)pH值至11，并加入FeSO4，鼓風(fēng)攪拌，去除大部分剩余的鎳及其他重金屬。
2. 3 廢水深度處理工藝
2. 3. 1 臭氧氧化去除有機(jī)物
臭氧氧化去除有機(jī)物的基本原理是:O3在高pH值溶液中，離解成HO-2，該離子與O3反應(yīng)誘發(fā)產(chǎn)生多種自由基，尤其是氧化能力強(qiáng)的HO·，使溶解或分散于水中的有機(jī)物氧化成新的HO·，成為引發(fā)劑，誘發(fā)后面的鏈反應(yīng)。臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，能與廢水中存在的大多數(shù)有機(jī)物和微生物以及無機(jī)物迅速發(fā)生反應(yīng)，因此可用于除去水中的色度、難降解的有機(jī)物，且具有殺菌消毒的作用。本項(xiàng)目廢水經(jīng)預(yù)處理及分級沉淀去除重金屬后，ρ(COD) 為200 mg /L 左右，其中有毒物質(zhì)及難降解有機(jī)物含量較高，且廢水pH 值較高，所以適合采用臭氧氧化法處理。
2. 3. 2 活性炭吸附處理
本階段主要是利用活性炭吸附廢水中剩余的懸浮物、重金屬、有機(jī)物等污染物。活性炭吸附后再經(jīng)微濾設(shè)備過濾，出水可達(dá)表2中回用水2的水質(zhì)要求。
2. 3. 3 膜過濾除鹽處理
本階段是將經(jīng)過活性炭吸附的出水，利用反滲透膜進(jìn)行過濾，除去Na+ 、SO42 -等離子，使出水電導(dǎo)率達(dá)0.2，符合回用水1的水質(zhì)要求。分離出的濃水，符合回用水3的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2. 4 泥渣處理
污水處理過程中產(chǎn)生的污泥、鎳渣、砷渣和重金屬渣，分別用板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，其中鎳渣脫水處理后的泥餅回用冶煉。CaSO4沉渣，經(jīng)濃縮機(jī)和離
心分離機(jī)脫水處理后，回收石膏。
3 工藝設(shè)計(jì)方案
3. 1 工藝流程
工藝流程如圖1 所示
3. 2 工藝參數(shù)
1) 普通沉淀:沉淀表面負(fù)荷1m3 / (m2·h)。
2) 絮凝沉淀: 混合時(shí)間1 min，絮凝反應(yīng)時(shí)間30 min，沉淀表面負(fù)荷1 m3 / (m2·h)。
3)過濾:過濾設(shè)備自動控制反沖洗，反沖洗水來自回用水池，反沖洗排水至廢水調(diào)節(jié)池。濾速8 m/ h。
4) 三級氨吹脫、吸收法脫氨: 一級氨吹脫，廢水pH值為12. 28;二、三級氨吹脫，加入石灰乳通過pH計(jì)自動控制，將pH 值控制在11，氣液比為2900 ～3600，水力負(fù)荷為6 m3 / (m2·h)。
5) 三段中和-鐵鹽混凝法除砷:一段中和，加入CaCO3將原水pH值調(diào)至2. 5;二段中和，用石灰乳調(diào)pH值至10.5，ρ( Fe) / ρ(As) 為30左右，鼓風(fēng)攪拌;三段中和，用石灰乳調(diào)pH值至9.5，并加入FeSO4控制ρ( Fe) / ρ(As) 為15，鼓風(fēng)攪拌。混合時(shí)間為3 min，反應(yīng)時(shí)間為30 min，沉淀表面負(fù)荷1 m3 / (m2·h)。
6) 中和沉淀: 加入CaCO3將原水pH值調(diào)至2.5，混合時(shí)間3 min，反應(yīng)時(shí)間30 min，沉淀表面負(fù)荷1 m3 / (m2·h)。
7) 石灰法分級沉淀除重金屬:一級沉淀調(diào)pH 值至8;二級沉淀調(diào)pH 值至11，加入FeSO4鼓風(fēng)攪拌。混合時(shí)間3 min，反應(yīng)時(shí)間30 min，沉淀表面負(fù)荷1 m3 / (m2·h)。
4 結(jié)論
1)根據(jù)廢水分質(zhì)處理的原則，對高濃度氨氮廢水、含砷廢水等進(jìn)行單獨(dú)預(yù)處理，降低了混合廢水處理難度，并提高了鎳的回收率。
2) 采用三級氨氮吹脫、吸收工藝處理高濃度氨氮廢水，提高了去除氨氮的效率和穩(wěn)定性。并對污水中氨及污水處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品CaSO4進(jìn)行了回收利用。
3) 根據(jù)石灰鐵鹽法的基本工作原理，結(jié)合本項(xiàng)目中酸性含砷廢水中鐵離子含量較高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了三段中和-鐵鹽混凝法處理含砷酸性廢水工藝。在投加鐵鹽量很少的情況下，達(dá)到了較高的除砷效率，同時(shí)去除了廢水中大部分鐵及SO42-。
4) 采用石灰法分級沉淀處理混合廢水中重金屬離子，在去除大部分重金屬離子的同時(shí)還可以回收金屬鎳，為企業(yè)降低了運(yùn)行成本，并且防止了二次污染。
5) 根據(jù)各單位對回用水質(zhì)的不同要求，采用了活性炭和活性炭加膜過濾兩種污水末端處理方式，使污水處理后全部回用，達(dá)到了污水零排放的目的，不僅節(jié)約了大量水資源，降低了企業(yè)的運(yùn)行成本，而且防止了對該地區(qū)水體及地下水的污染。來源：谷騰環(huán)保網(wǎng)
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
