冶煉行業(yè)含鉈廢水處理工藝解析

謝 敏，王 輝

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽(yáng) 421513)

冶煉行業(yè)含鉈廢水處理工藝解析

謝 敏，王 輝

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽(yáng) 421513)

在水口山分別采用生物制劑和電化學(xué)法兩種工藝處理含鉈廢水，兩種處理工藝都能將鉈濃度處理至0.003mg/L，本文闡述了兩種工藝的原理及在生產(chǎn)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

含鉈廢水;生物制劑;電化學(xué)法

湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司是集有色金屬采礦、選礦、冶煉、加工、貿(mào)易于一體的大型國(guó)有企業(yè)。第四冶煉廠和第八冶煉廠分別采用生物制劑深度處理工藝與電化學(xué)法對(duì)含鉈廢水進(jìn)行處理。項(xiàng)目在現(xiàn)有廢水處理工藝上進(jìn)行改造，增加除鉈工藝。兩種工藝均能使廢水中的鉈降至《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB25466—2010)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)表2標(biāo)準(zhǔn)以下，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。本文旨在介紹兩種工藝的原理、應(yīng)用及在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 電化學(xué)法處理含鉈廢水工藝

1.1 電化學(xué)法處理的工藝原理

電化學(xué)處理重金屬?gòu)U水工藝是利用外加電壓來(lái)電解廢水，通常采用可溶性陽(yáng)極鐵(Fe)，在陽(yáng)極上生成Fe2+、Fe3+等陽(yáng)離子，與水中OH-離子結(jié)合成Fe(OH)2、Fe(OH)3等微絮劑;同時(shí)在陰極上產(chǎn)生H2微氣泡，在陽(yáng)極上析出少量O2微氣泡。

電化學(xué)作用機(jī)理主要包括三個(gè)方面:電解凝聚、電解氣浮及電解氧化還原。實(shí)際工程應(yīng)用中進(jìn)行了除泡后絮凝沉淀的處理方式。

電化學(xué)法中常用的電極材料為鐵，在陽(yáng)極和陰極之間通直流電，發(fā)生的電極反應(yīng)如下:

鐵陽(yáng)極:

在堿性條件下:

進(jìn)一步曝氣氧化:

另外，水的電解在陰極有氫氣放出:

電化學(xué)處理廢水中的鉈主要是綜合電化學(xué)氧化和絮凝的機(jī)理，通過(guò)添加HSJ-DeTl-A型藥劑等一系列物理化學(xué)過(guò)程完成的。首先藥劑將 Tl+氧化為Tl3+，而鐵陽(yáng)極產(chǎn)生的Fe2+與OH-、Tl3+形成相對(duì)穩(wěn)定的聚合物，從而使鉈從廢水中分離去除。HSJDeTl-A型藥劑適用于低濃度含鉈廢水處理。

如果是高濃度含鉈廢水處理，則還需添加HSJDeTl-B型藥劑，它是一種電化學(xué)反應(yīng)除鉈促進(jìn)劑，在電化學(xué)進(jìn)水前段投加，起到電化學(xué)反應(yīng)除鉈促進(jìn)劑作用，在合適的pH環(huán)境下，與電解產(chǎn)生的鐵及廢水中的鉈形成一種穩(wěn)定的聚合膠體物，再通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)微絮機(jī)理，形成沉淀物，使廢水中的鉈得以去除。圖1為電化學(xué)去除污染物過(guò)程示意圖。

圖1 電化學(xué)去除污染物過(guò)程

1.2 電化學(xué)法處理的工藝流程

圖2為電化學(xué)處理工藝流程圖。

圖2 電化學(xué)處理工藝流程圖

電化學(xué)除鉈工藝圖虛線框內(nèi)為在原有廢水處理工藝的基礎(chǔ)上新增的工藝段，所處理廢水為污酸處理工段處理后的含鉈量在200 μg/L的廢水，其中1#除鉈藥劑為HSJ-DeTl-B型藥劑，2#除鉈藥劑為HSJDeTl-A型藥劑。

2 生物制劑深度處理含鉈廢水工藝

2.1 生物制劑深度處理的工藝原理

國(guó)家重金屬污染防治工程技術(shù)研究中心在生物制劑深度處理鉛鋅冶煉廢水的基礎(chǔ)上，針對(duì)含鉈的重金屬?gòu)U水的特征，調(diào)整生物制劑的基團(tuán)結(jié)構(gòu)和嫁接新的基團(tuán)，開發(fā)出含鉈廢水處理的S-005系列生物制劑，該系列生物制劑能夠有效地調(diào)整廢水中鉈的形態(tài)，并利用其功能基團(tuán)與鉈形成穩(wěn)定的配合物，實(shí)現(xiàn)鉈的深度脫除，并開發(fā)了含鉈廢水生物制劑深度處理的新工藝。

生物制劑法是以硫桿菌為主的復(fù)合功能菌群代謝產(chǎn)物與其它化合物進(jìn)行組分設(shè)計(jì)，通過(guò)基團(tuán)嫁接技術(shù)制備了含有大量羥基、巰基、羧基、氨基等功能基團(tuán)組的生物藥劑，與廢水中的重金屬離子進(jìn)行復(fù)合配位，形成穩(wěn)定的重金屬配合物，由于生物制劑兼有高效絮凝、協(xié)同脫鈣作用，從而可實(shí)現(xiàn)重金屬離子和鈣鎂離子的同時(shí)高效脫除、凈化。

2.2 生物制劑深度處理的工藝流程

生物制劑脫鉈工藝是利用四廠污水處理站現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施，采用兩段完全一樣的工藝流程走向?qū)U水進(jìn)行處理，工藝流程如圖3所示。

圖3 兩段生物制劑處理工藝流程圖

3 兩種除鉈工藝的對(duì)比

在投資方面兩種工藝相差不大，其中生物制劑除鉈工程總投資410.88萬(wàn)元，電化學(xué)除鉈工程總投資為338.302萬(wàn)元。兩者都沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，但在其處理能力、含鉈濃度適應(yīng)性、運(yùn)行成本方面各有優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 生物制劑深度處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)生物制劑除鉈工藝優(yōu)點(diǎn)在于處理規(guī)模大，可處理鉛、鋅、鎘以及鉈濃度波動(dòng)大且無(wú)規(guī)律的工業(yè)廢水。

四廠生物制劑處理廢水量為5000m3/d，廢水原水含鉈量在20～4000 μg/L之間。除鉈工藝采用兩段式，通過(guò)控制藥劑量的投加，可將出水中鉈控制在0.1 μg/L以下，且處理時(shí)反應(yīng)時(shí)間只需10～30min，同時(shí)鉛、鋅、鎘、銅、汞等指標(biāo)也能夠穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)生物制劑的缺點(diǎn)在于運(yùn)行成本較高，藥劑成本為2.23元/t水。

3.2 電化學(xué)處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)電化學(xué)除鉈處理工藝優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)運(yùn)行成本低，其藥劑成本為1.59元/t水。對(duì)于廢水處理成本的累計(jì)效益明顯。

(2)電化學(xué)除鉈工藝缺點(diǎn)在于要求處理的廢水鉈含量在200 μg/L以下且流入除鉈系統(tǒng)均化池的廢水須均勻，不適合含鉈濃度波動(dòng)大的工業(yè)廢水，而且電化學(xué)系統(tǒng)后期耗電量比較大，且除鉈過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊極板需要處理。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)四廠生物制劑法和電化學(xué)法除鉈工藝的對(duì)比，可以看出兩種除鉈方法都有其特定的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)根據(jù)工業(yè)廢水的處理量及含鉈濃度波動(dòng)大小進(jìn)行擇優(yōu)選取。除鉈技術(shù)的應(yīng)用能保證公司的廢水排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提高周邊環(huán)境質(zhì)量水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

“鈦白粉煅燒尾氣余熱利用新技術(shù)”通過(guò)評(píng)審

由南京華電節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司開發(fā)的“鈦白粉煅燒尾氣余熱利用新技術(shù)”通過(guò)評(píng)審，與會(huì)專家一致認(rèn)為，該技術(shù)其熱媒循環(huán)回收鈦白粉煅燒尾氣余熱在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)成果處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

該技術(shù)采用熱媒間接余熱回收的方式，由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制熱媒的循環(huán)溫度和循環(huán)流量，確保傳熱面壁溫基本恒定及腐蝕性氣體溫度高于露點(diǎn)而不受尾氣流量和溫度變化的影響，余熱回收利用安全高效，解決了傳統(tǒng)工藝的腐蝕性、安全性難題;對(duì)鈦白粉轉(zhuǎn)窯煅燒尾氣進(jìn)行熱能有效利用，產(chǎn)生高品質(zhì)的蒸汽或高溫?zé)犸L(fēng)，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的目的。

在國(guó)內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)中，絕大部分企業(yè)采用硫酸法生產(chǎn)工藝。硫酸法鈦白粉生產(chǎn)從回轉(zhuǎn)窯排出的偏鈦酸煅燒尾氣中含有大量水分及反應(yīng)釋放出的二氧化硫、三氧化硫氣體，并夾帶少量的鈦白粉塵。據(jù)測(cè)定，以煤氣作燃料時(shí)，每生產(chǎn)1 t鈦白粉，尾氣排放量約有15000m3，每標(biāo)方尾氣中含三氧化硫約8～9 g，二氧化硫約0.5 g，粉塵約1～3 g。

鈦白粉回轉(zhuǎn)窯爐排放的煅燒尾氣具有高溫、高濕、高腐蝕等特點(diǎn):尾氣排放溫度一般在400℃左右，直接噴淋脫硫降溫，會(huì)造成大量的熱量浪費(fèi);同時(shí)，由于尾氣含濕量較大，且有酸霧和硫氧化物、鈦白粉粉塵等，對(duì)普通金屬具有很強(qiáng)的腐蝕性。如果直接對(duì)該煅燒尾氣進(jìn)行余熱回收，用來(lái)產(chǎn)蒸氣或者產(chǎn)熱水，會(huì)存在極大的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。若將余熱回收設(shè)備的傳熱面壁溫控制在酸露點(diǎn)以上，則煅燒尾氣的溫度只能降至300℃以上，余熱回收又不充分，且當(dāng)回轉(zhuǎn)窯爐負(fù)荷波動(dòng)時(shí)仍然存在很大的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

在有多臺(tái)回轉(zhuǎn)窯的鈦白粉生產(chǎn)線上，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“分散取熱、集中產(chǎn)氣、中央管理”運(yùn)行，其設(shè)計(jì)科學(xué)、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)約投資，在南京鈦白化工有限責(zé)任公司、山東道恩鈦業(yè)有限公司、江蘇太白集團(tuán)有限公司、寧波新福鈦白粉有限公司等多家鈦白企業(yè)均取得了成功，實(shí)踐證明達(dá)到了余熱回收的目的，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

Analysis of the Ta-bearing wastewater treatment for the smelting industry

XIE Min，WANG Hui

There are two kinds of processes for treatment of thallium-bearing wastewater in Shuikoushanmine:the biological agents and the electrochemical method.In these two processes，the concentration of thallium in wastewater is reduced to0.003mg/L.This paper mainly expounds the principle of these two processes，the advantages and disadvantages in the process of production and application.

thallium-bearing wastewater;biological agents;electrochemical method

X751

B

1672-6103(2016)06-0063-03

謝 敏(1986—)，女，四川內(nèi)江人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事環(huán)境保護(hù)研究與管理工作。

2016-10-13