含重金屬酸性廢水處理及回用工藝設(shè)計

趙 闖

﹙中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039﹚

銅板帶材加工生產(chǎn)過程中，表面清洗工序是去除材料表面的氧化物、油漬及其他工藝殘留物的一道工序。該工序中酸堿洗后會產(chǎn)生大量漂洗廢水，其中含有一定量的重金屬離子，具有較好的經(jīng)濟價值，如處置不當不僅會造成環(huán)境污染，還會造成水資源、重金屬資源的浪費。

1 工程現(xiàn)狀

某板帶車間原有處理設(shè)施為兩座中和沉淀池，投加燒堿并攪拌，中和沉淀后的上清液排入廠區(qū)生活污水管道，最終排放至廠外，沉淀污泥定期排入污泥干化池干化后外運處置，余液返回中和池。

原工藝存在問題:(1)處理流程短，缺乏把關(guān)工藝;(2)中和藥劑未經(jīng)溶解直接投入中和池內(nèi)參與反應(yīng)，反應(yīng)效果差;(3)沉淀速度慢，處理周期長，排放水質(zhì)不穩(wěn)定，主要是重金屬離子超標;(4)對廢液的水質(zhì)參數(shù)缺乏有效的監(jiān)測手段;(5)沉淀物含水率高，自然干化速度慢，不易收集。

從杜絕對環(huán)境污染、資源合理利用來看，原有處理設(shè)施已不能滿足實際需要，為此業(yè)主決定將廢水進行綜合利用，新建一套處理設(shè)施，保證處理出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》(GB8978－1996)中的一級排放標準，回用于廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)，分離出來的污泥外售有資質(zhì)的單位處置，做到污水再生利用資源化。

2 廢水來源、廢水量及水質(zhì)特征

2.1 廢水來源

銅材加工過程中表面清洗工序排放的漂洗廢水。

2.2 廢水量及水質(zhì)特征

(1)廢水的水量

根據(jù)相關(guān)資料顯示，該銅帶廠廢水排放量為1050 m3/d，考慮一定的富裕量和自用水量，設(shè)計規(guī)模定為1200m3/d;

(2)廢水的水質(zhì)特征

業(yè)主的目標是實現(xiàn)廢水的零排放，因此廢水處理系統(tǒng)的出水指標必須滿足回用水的水質(zhì)指標要求。同時，從保障生產(chǎn)運行安全的角度出發(fā)，考慮到生產(chǎn)和廢水處理實際運行中突發(fā)性的不確定因素可能導致的臨時性對外排水，回用水質(zhì)標準嚴于排放水質(zhì)標準的要求，設(shè)計原則首先確保廢水處理達標，執(zhí)行國家標準《廢水綜合排放標準》(GB8978—1996)中的一級排放標準，同時需要考慮廢水處理站處理后的出水水質(zhì)達到業(yè)主提出的回用標準。

實地考察表明，酸性廢水中混有廠內(nèi)其它廢水帶來的浮油，但業(yè)主保證能夠?qū)⑺嵝詮U水和其他廢水分開單獨排放，本次待處理的廢水沒有油類物質(zhì)，只需考慮酸堿中和、懸浮物和銅離子等金屬離子的影響即可。按照業(yè)主對處理后的廢水的技術(shù)要求，處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達到循環(huán)補充水水質(zhì)標準(表1)。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab.1 Design water quality index of raw and treated water

3 工藝設(shè)計

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

表面清洗工序排放的漂洗廢水中含有銅離子，必須處理達標后才能外排。本項目產(chǎn)生的污泥為含重金屬銅的污泥，原水中銅離子含量較高，具有可觀的回收價值，根據(jù)污泥中金屬離子的含量高低，將本項目廢水處理工程中產(chǎn)生的污泥外售給有資質(zhì)單位回收重金屬，也可將此污泥送至有害固體處理中心進行妥善的無害化處理。經(jīng)過處理達標的廢水回用于廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)，做到零排放。

本工程采用“混合均質(zhì)→兩級中和→混凝→離心分離→沉淀→pH回調(diào)→過濾”處理工藝，工藝流程見圖1。

3.1 設(shè)計要點

(1)切合實際，盡量減少占地面積。將廢水調(diào)節(jié)池設(shè)計成全地下式;

(2)設(shè)置足夠容積的調(diào)節(jié)池，緩解酸水的短期沖擊負荷，混合均化水質(zhì);

(3)利用合適的中和藥劑對廢液進行處理，減少沉淀物的含渣量，有效回收銅離子;

(4)設(shè)置pH三級調(diào)節(jié)處理，其中兩級中和反應(yīng)，一級pH回調(diào)，有效控制廢水的pH值，使系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行;

(5)采用集成式污水凈化器(立式罐體)，將混凝、離心分離、沉淀等處理單元集中在一起，縮短沉淀時間，提高濕污泥含固率，減少占地面積;

(6)投加合適的混凝劑、絮凝劑，提高分離效果和速度;

(7)采用無動力的重力式過濾器，充分利用集成式污水凈化器的出水壓力，減少動力提升，節(jié)約設(shè)備投資及運行費用，進一步去除水中的懸浮顆粒物，使出水水質(zhì)穩(wěn)定達標排放;

(8)污泥濃縮采用廂式壓濾機，濃縮時間短，污泥含水率低，污泥成形效果好;

(9)根據(jù)污水處理的工藝流程和工藝設(shè)備的操作及計量要求，采用合適的自動化控制技術(shù)及監(jiān)測儀表，改善勞動條件，提高運行水平。

3.2 主要處理設(shè)施

3.2.1 混合均質(zhì)單元

由調(diào)節(jié)池、提升泵組成。廢水收集后自流至新建調(diào)節(jié)池，通過一級提升泵將部分廢水回流至調(diào)節(jié)池進水口，加速廢水混合、均化水質(zhì)。調(diào)節(jié)池為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯玻璃鋼防腐。

設(shè)置兩座調(diào)節(jié)池，兩池底部連通，單池L×B×H=9m×7m×5m，有效容積150m3。設(shè)置兩臺提升泵(一用一備)，將廢水自調(diào)節(jié)池送至一級pH調(diào)節(jié)裝置處理，Q=85m3/h，H=29m，P=18.5kW，置于調(diào)節(jié)池頂部。

3.2.2 pH 一級調(diào)節(jié)裝置

廢水自調(diào)節(jié)池由提升泵提升進入，通過在線pH檢測，投加中和劑調(diào)節(jié)廢水的酸堿度到6.0左右。

設(shè)置1套pH調(diào)節(jié)裝置，Φ×H=2.8m×2.2m，有效容積10m3，置于調(diào)節(jié)池頂部。pH調(diào)節(jié)裝置設(shè)置攪拌混合裝置，加速廢水與藥劑的混合反應(yīng)，投加點設(shè)電磁閥控制藥劑投加量。

3.2.3 pH二級調(diào)節(jié)裝置

廢水自pH一級調(diào)節(jié)裝置自流進入，通過在線pH檢測，投加中和劑調(diào)節(jié)廢水的酸堿度到8.0～9.0之間。

設(shè)置1套pH調(diào)節(jié)裝置，與pH一級調(diào)節(jié)裝置相同。

3.2.4 緩沖單元

由中間水箱、提升泵組成。pH二級調(diào)節(jié)裝置出水自中間水箱頂部自流進入，中間為二級提升泵提供緩沖。

設(shè)置1套中間水箱，L×B×H=2.5m ×2.5m ×2.5m，有效容積12.5 m3，置于調(diào)節(jié)池頂部。設(shè)置兩臺提升泵(一用一備)，將廢水自中間水箱送至集成式污水凈化器處理，Q=60m3/h，H=40m，P=15kW，置于調(diào)節(jié)池頂部。

3.2.5 集成式污水凈化器

廢水經(jīng)提升泵自中間水箱送至集成式污水凈化器，在此過程中投加混凝劑與絮凝劑，將廢水中的懸浮物凝聚成大顆粒絮體，在集成式污水凈化器的離心分離作用下，絮體從廢水中被分離去除。通過取樣管取樣觀察泥位高低及沉淀效果，定期打開排泥閥將凈化器內(nèi)的污泥排至污泥池。

集成式污水凈化器利用直流混凝、微絮凝、離心分離和壓縮沉淀的原理，將污水凈化過程中的混凝反應(yīng)、重力沉降、離心分離、濃縮等處理技術(shù)集成在一起，短時間內(nèi)完成廢水的多級凈化。凈化效率是重力處理的8～10倍;本體無動力消耗，整個處理過程只需一次提升;占地面積為傳統(tǒng)工藝的1/8;實現(xiàn)加藥、凈化、排泥自動操作;設(shè)備本身具有污泥濃縮功能，排泥含水率低，污泥處理量小;不設(shè)填料，無堵塞之弊;能適應(yīng)一定范圍的水質(zhì)波動，本體維護少。

設(shè)置1套重力過濾器，Φ=3.2m，處理能力Q=50m3/h。配套設(shè)備為管式混合器1套，用于絮凝劑與廢水的混合。

3.2.6 重力過濾器

內(nèi)設(shè)多層濾料，利用濾層顆粒堆積產(chǎn)生的孔隙濾水，截留水中的懸浮物，出水自流進入廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)。

設(shè)置1套重力過濾器，Φ=3.1m，處理能力Q=50m3/h。

3.2.7 藥劑配制投加單元

主要包括中和劑、混凝劑、絮凝劑、pH回調(diào)等藥劑的配制和投加裝置。

該項目設(shè)置中和劑、混凝劑、絮凝劑、pH回調(diào)劑配制投加系統(tǒng)各1套，包括溶解槽、儲液槽、計量投加泵等。

3.2.8 污泥處理系統(tǒng)

設(shè)置1座污泥池，為半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，L×B×H=3m×3m×4m。設(shè)置2臺污泥泵，一用一備，Q=8.7m3/h，H=0.6MPa，P=4kW。

系統(tǒng)總污泥量約11.5m3/d(含水率98%計)，污泥由污泥泵送入污泥脫水設(shè)備脫水，脫水后的泥餅含水率可達到65% ～75%，脫水設(shè)備采用廂式壓濾機，壓濾機濾出水重力回流到調(diào)節(jié)池后重新進行處理。

壓濾機選用過濾面積為40m2的廂式壓濾機1臺，置于污泥脫水間，污泥經(jīng)脫水后由業(yè)主外運處置。

3.3 藥劑種類及投加量

1)中和劑。氫氧化鈉(NaOH)，固體含量≥96%，配制濃度8%，按照pH分析儀數(shù)據(jù)自動控制投加量，一級pH調(diào)節(jié)至6左右，二級pH調(diào)節(jié)至8～9之間;

2)混凝劑。聚合氯化鋁(PAC)，氧化鋁(Al2O3)含量≥30%，粉末狀，配制濃度5% ～6%，投加量30～50mg/L;

3)絮凝劑。聚丙烯酰胺(PAM)，陰離子型，分子量1000萬，白色顆粒狀，配制濃度1‰，投加量3～5mg/L;

4)pH回調(diào)劑。工業(yè)硫酸(H2SO4)，稀硫酸含量≥65%，配制濃度10%，按照pH分析儀數(shù)據(jù)自動控制投加量，三級pH調(diào)節(jié)至8～9之間。

4 技術(shù)經(jīng)濟指標及實際運行數(shù)據(jù)

技術(shù)經(jīng)濟指標見表2，實際運行數(shù)據(jù)見表3。

表2 技術(shù)經(jīng)濟指標Tab.2 Technical and economic indicators

表3 實際運行數(shù)據(jù)Tab.3 Actual operating data

5 結(jié)論

采用化學中和沉淀工藝處理銅加工表面清洗工序排放的漂洗廢水在技術(shù)及經(jīng)濟上是可行的。此舉不但有效的回收了重金屬離子，杜絕了環(huán)境污染，處理后的水回用于廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)，做到零排放，具有顯著的經(jīng)濟及環(huán)境效益。

［1］李宏磊，婁花芬，馬可定.銅加工生產(chǎn)技術(shù)問答［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］孟祥和，胡國飛，重金屬廢水處理［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2001.

［3］唐受印，戴友芝，水處理工程師手冊［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2001.

［4］王紹文，姜鳳有，重金屬廢水治理技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1993.