某有色金屬冶煉廢水處理工程的設(shè)計

夏 璐，梁玉石，黃文九，金 帥

（1.廣西民族大學(xué)化學(xué)與生態(tài)工程學(xué)院，廣西林產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，化學(xué)與生物轉(zhuǎn)化工程新技術(shù)廣西高校重點實驗室，廣西 南寧 530006；2.田園生化股份有限公司，廣西 南寧 530005）

廣西某國有有色冶煉廠主要冶煉錫、鋅、銦，污染水源來自鋅冶煉浸出工段和硫酸凈化工段排水，主要成分為 Zn2+、Cd2+、Cu2+、SS、Pb2+、As2+等，一般廢水主要是地面沖洗水、廠區(qū)生活廢水及部分冷卻水。在廠污水處理站，含As硫酸污水先用低pH值鐵砷氧化共沉法除As，然后再與鋅冶煉污水匯集，進(jìn)入絮凝、沉淀、壓濾等處理工序。污水處理站排出的水與一般廢水經(jīng)廠區(qū)下水道管網(wǎng)匯入廢水集中處理池進(jìn)行二段處理，經(jīng)中和澄清后排出的少量清水打入生產(chǎn)區(qū)高位蓄水池返回流程使用。然而實際運行中，該污水處理站排放的水質(zhì)一直不達(dá)標(biāo)。因此本設(shè)計對脫砷后的硫酸廢水與鋅冶煉廢水處理工藝進(jìn)行改良。

對于重金屬廢水的處理，生物處理和其他物理化學(xué)方法由于成本高、反應(yīng)條件要求苛刻等原因,難以推廣應(yīng)用[1～3]，中和法是較為常用的方法[4]。該廠廢水為強(qiáng)酸性廢水,重金屬含量高,在廢水處理時,pH控制條件要求較為嚴(yán)格。若采用硫化物沉淀法,S2-雖能有效除去金屬離子,但易水解產(chǎn)生H2S揮發(fā)逸出,造成二次污染。鐵氧體法是一種新型處理污水的方法[5],其流程簡單,可以回收鐵氧體,但能量消耗很大,并且硫酸亞鐵的價格高，不經(jīng)濟(jì)。本設(shè)計采用石灰中和沉淀法[6]，使廢水中的重金屬離子與石灰乳發(fā)生中和反應(yīng)，生成離子溶度積很小的重金屬氫氧化物或碳酸鹽沉淀，再經(jīng)過絮凝沉淀作用去除掉，實現(xiàn)處理后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

1 水質(zhì)特點

該有色冶煉廠廢水主要由鋅冶煉浸出工段和硫酸凈化工段排水組成，日排放總量為12×103m3/d，水溫10～25 ℃，pH=6～9，廢水水質(zhì)為（mg/L）：SS 141，Cu2+4.57，Pb2+4.81，Zn2+230.25，Cd2+4.22，CODCr232，pH 2.0。

該廢水具有水量大、污染物濃度較高、整體呈現(xiàn)酸性等特點,含Zn2+較高。

2 廢水處理工藝和主要設(shè)施

2.1 廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1所示。

鋅冶煉浸出工段廢水和硫酸凈化工段排水混合后，首先經(jīng)格柵，去除水中粗大的漂浮物、懸浮物，再提升至調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的廢水自流入中和反應(yīng)槽，在中和反應(yīng)槽中投加石灰乳，部分石灰乳中和廢水中的硫酸，并調(diào)整預(yù)處理后水的pH值，使石灰乳與重金屬離子發(fā)生作用，生成難溶性沉淀。懸濁液進(jìn)入絮凝反應(yīng)槽，在絮凝反應(yīng)槽中投加季銨化陽離子聚丙烯酰胺,使懸浮顆粒聚沉。混合液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液送至廠廢水處理總站，中和反應(yīng)槽、絮凝反應(yīng)槽和沉淀池產(chǎn)生的污泥排至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮。濃縮后的污泥送至污泥脫水間脫水、干化，最后將濾餅送回生產(chǎn)流程分離回收有價重金屬。

圖1 廢水處理工藝流程圖

2.2 主要設(shè)施及參數(shù)

2.2.1 格柵間

格柵為機(jī)械清理，地下式[7]。柵槽寬度1.0 m，柵槽總長度3.63 m，柵后槽總高度0.75 m。前端進(jìn)水渠接廠區(qū)污水收集管道，后端出水去調(diào)節(jié)池?；A(chǔ)作一般處理，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部作防水處理。主要設(shè)備：鏈條回轉(zhuǎn)式多耙平面格柵除污機(jī)，2臺，型號GH-800，電動機(jī)功率0.75 kW，格柵凈距20 mm，安裝角度60°，過柵流速＜1 m/s。

2.2.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池一座，半地下式，最大有效深度2.5 m，總深度由廠區(qū)接入集水池的標(biāo)高確定。規(guī)格12.9 m×12.9 m×3 m，幾何容積500 m3，設(shè)有i=0.01的坡度。預(yù)制樁基礎(chǔ)，鋼砼結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂防腐處理。主要設(shè)備：調(diào)節(jié)池集水坑內(nèi)設(shè)兩臺自動攪拌潛污泵，一用一備用，型號 150WLB150-10-7.5[8]。

2.2.3 中和反應(yīng)系統(tǒng)

投藥裝置：消解槽一座，地面式，規(guī)格3.2 m×3.2 m×3.8 m，幾何容積38.92 m3，預(yù)制樁基礎(chǔ)，鋼砼結(jié)構(gòu)。溶液槽兩座，地面式，規(guī)格3.7 m×3.7 m×4.3 m，幾何容積58.38 m3，預(yù)制樁基礎(chǔ)，鋼砼結(jié)構(gòu)。混合池一座，地面式，規(guī)格7.9 m×7.9 m×4.0 m，幾何容積250 m3，預(yù)制樁基礎(chǔ)，鋼砼結(jié)構(gòu)。內(nèi)部均進(jìn)行環(huán)氧樹脂防腐處理。

考慮到藥劑中常含有影響中和反應(yīng)的雜質(zhì)（如金屬離子等），并且中和反應(yīng)混合不均勻，因此中和劑的實際耗量是理論值的1.1～1.2倍。藥劑總耗量385.31 kg/h。

2.2.4 絮凝池

采用垂直軸式機(jī)械絮凝池，半地下式，最大有效深度為3 m，總深度由廠區(qū)接入集水池的標(biāo)高來確定。每格規(guī)格2.5 m×2.5 m×4.7 m，幾何容積83 m3，預(yù)制樁基礎(chǔ)，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)部作防水處理。一組設(shè)計兩個池子，每池的設(shè)計流量Q=250 m3/h，每個絮凝池分為三格，每一格設(shè)置一臺攪拌設(shè)備，分格隔墻上過水孔道上下交錯布置。

2.2.5 沉淀池

選用斜板沉淀池兩座，一用一備，半地下式，泥斗最低端深6.84 m，總深度由廠區(qū)接入集水池的標(biāo)高來確定。池長8.5 m，池寬6.0 m，基礎(chǔ)為預(yù)制樁基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)部作防水處理。斜板采用蜂窩六邊形塑料，板厚0.4 mm，管的內(nèi)切圓直徑25 mm，斜管傾角60°。進(jìn)口采用穿孔墻配水，穿孔流速0.1 m/s。集水系統(tǒng)采用淹沒孔集水槽，共8個，集水槽中距為1.1 m。排泥系統(tǒng)采用穿孔管排泥，V型槽邊與水平成45°，共設(shè)8個槽，槽高80 cm，排泥管上裝快開閘門。

2.2.6 污泥濃縮池

選用輻流式濃縮池一座，半地下式，泥斗最低端深4.5 m，半徑7.8 m。基礎(chǔ)為預(yù)制樁基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)部作防水處理。采用GZX懸掛式中心驅(qū)動刮泥機(jī)，型號GZX-4。GZX系列刮泥機(jī)由驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動器、刮壁刮板等部分組成，采用懸掛式中心驅(qū)動結(jié)構(gòu)，減速比大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

2.2.7 污泥脫水系統(tǒng)

選用帶寬2.0 m的滾壓帶式壓濾機(jī)3臺，其中一臺備用。

2.3 主要構(gòu)筑物的高程

2.3.1 高程的計算

為了節(jié)約能源和減少投資，在本設(shè)計中，整個污水處理只采用一次提升。污水經(jīng)過格柵后用水泵提升入調(diào)節(jié)池，然后依次自流至中和反應(yīng)槽、絮凝池、沉淀池。據(jù)相關(guān)資料，臨近污水處理廠的規(guī)劃路路面標(biāo)高大約為45.0 m。根據(jù)實地情況和歷年最高洪水位，取出水口的高程為45.5 m，出水管末端采用0.5 m跌水。

2.3.2 系統(tǒng)高程流程

系統(tǒng)高程流程示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)高程流程示意圖

3 效果

3.1 達(dá)到的效果

廢水經(jīng)處理以后，懸浮物、CODCr及各種重金屬能夠有效地被去除，去除率在94.57%～99.74%之間，水質(zhì)達(dá)到《國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）第一、二類污染物最高允許排放濃度一級標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

每年電費33.92萬元，人工費約36.0萬元，藥劑費258.52萬元，水費6.57萬元，泥餅外運費用2.482萬元，年維修費約48萬元，管理費7.4萬元，合計年運行費用404.69萬元[9]。

設(shè)計處理水量為12 000 m3/d，預(yù)計每處理1 m3污水的運行費為0.924元。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過上述設(shè)計方案分析，確定以下結(jié)論：

（1）該項目符合國務(wù)院《建設(shè)項目管理規(guī)定》要求，在政策上可行；

（2）工藝技術(shù)成熟可靠，適用性強(qiáng)；

（3）流程和設(shè)備設(shè)計簡單，選型優(yōu)良,操作方便，自動化程度高，工作環(huán)境較清潔；

（4）工藝投資與運行費用低，收益明顯；

（5）經(jīng)處理，水中懸浮物、CODCr及各種重金屬有很好的去除率，去除率在94.5%～99.74%之間，水質(zhì)達(dá)到《國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）第一、二類污染物最高允許排放濃度一級標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 建議

在有色冶煉行業(yè)中化學(xué)沉淀法是最古老、最有效的重金屬離子廢水處理工藝。工程中使用的沉淀藥劑是氫氧化物，而用氫氧化物作沉淀劑存在如下問題，應(yīng)作相應(yīng)處理：

（1）處理后水pH值高，需要中和后才可排放;（2）廢水中有些陰離子和有機(jī)物易與重金屬形成絡(luò)合物，中和之前需經(jīng)預(yù)處理;

（3）部分重金屬離子的氫氧化物顆粒小，不易沉淀，應(yīng)進(jìn)行二次沉淀。

[1] 劉紹忠.電化學(xué)法處理重金屬廢水的應(yīng)用研究[J].工業(yè)水處理，2010，30（2）：86-88.

[2] 馮秀娟,成先雄.改性稀土渣處理含鎘廢水的研究[J].中國有色冶金，2008,（1）:45-47.

[3] 馬 前，張小龍.國內(nèi)外重金屬廢水處理新技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報，2007，1(7):10-14.

[4] 鐘竹前，梅光貴，賀青蒲等.廢水中和水解凈化的理論分析[J].中國有色冶金，1981,（3）：36-42.

[5] 魯棟梁，夏 璐，溫堡林.鐵氧體法處理含銅、鋅、鎘重金屬廢水的實驗研究[J].金屬礦山，2009，（2）：154-156，167.

[6] 陸智謀.重金屬離子廢水的石灰中和沉淀處理[J].工業(yè)用水與廢水，1990，(1):15-24.

[7] 尹士君,李亞峰主編.水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[8] 史惠祥主編.實用環(huán)境工程手冊（污水處理設(shè)備）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[9] 王利平主編.水工程概預(yù)算與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.