某有色金属企业污水处理厂污水处理工艺.pdf

某有色金属企业污水处理厂污水处理工艺 * 边德军 1， 2 任庆凯 1 田曦 1， 2 李广柱 1 1. 长春工程学院水利与环境工程学院， 长春 130012;2. 东北师范大学 城市与环境科学学院， 长春 130024 摘要 对有色金属冶炼过程中产生的废水按特征因子的不同进行分质处理。其中， 高浓度氨氮废水采用三级氨氮吹 脱、 吸收工艺进行脱氨预处理; 含砷酸性废水采用三段中和 － 铁盐混凝法预处理; 经预处理废水混合后， 采用石灰法分 级沉淀处理废水中重金属离子; 然后根据各单位对回用水水质的不同要求， 对废水进行深度处理， 实现了污水处理后 全部回用， 污水零排放的目的。并且对污水中的氨、 石膏、 镍等资源进行回收利用， 为企业降低了运行成本， 并且防止 了二次污染。 关键词 冶炼废水; 分质处理; 分级沉淀; 深度处理; 回用 THE PROCESS OF WASTEWATER TREATMENT PLANT OF A NON- FERROUS METAL SMELTING ENTERPRISE Bian Dejun1， 2Ren Qingkai1Tian Xi1， 2Li Guangzhu1 1. School of Water Conservancy and Environmental Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China; 2. School of Urban and Environment Science，Northeast Normal University，Changchun 130024，China AbstractDifferent s are used to treat different wastewater according to the characteristics factor of wastewaters，which are discharged from the production of non-ferrous metal smelting.High concentration ammonia-nitrogen wastewater is pretreated for nitrogen removal by three-stage ammonia-nitrogen air stripping and absorption process. Arsenic acid wastewater is pretreated by three-stage neutralization- ferrate coagulation . After pretreatment，the wastewaters are mixed. The fractional precipitation of heavy metal ions in the wastewater is carried out by the lime . Then according to the different requirements of the reuse water of different production unit，an advanced treatment of the wastewater is done. All wastewater after treatment are reused and the waste water zero discharge is realized. Ammonia，plaster and nickel in the wastewater are recycled. This reduces the operation cost of the enterprise and avoids the second pollution. Keywordsmetallurgical wastewater; pretreatment separately according to quality; fractional precipitation; advanced treatment;reuse * 新世纪优秀人才支持计划 NCET- 08- 0689 。 0引言 某有色金属企业是集采矿、 选矿、 冶金、 化工为一 体， 生产镍、 铜、 钴及相应的盐类产品的大型有色金属 企业。该企业现有污水处理设施已处于超负荷运行 状态。 为此， 该企业拟新建污水处理厂处理来自该企业 各生 产 单 位 排 出 的 多 种 污 水，污 水 总 量 为 1 940 m3/d。 该项目建设目标是 一方面污水经过处 理后， 达到企业回用标准进行回用; 另一方面对污水 中重金属镍等资源进行回收利用， 为企业降低运行 成本。 1废水水质分析及回用水质要求 1. 1废水水质、 水量情况 各生产单位废水水量、 水质情况如表 1 所示。依 据废水分质处理的原则， 可以将各生产单位排出的废 水分为 4 大类 1 高浓度氨氮废水， 包括公司 1 及公 司 2 废水; 2 高浓度含砷废水， 包括废酸处理后液及 公司 1 废水; 3 酸性废水， 包括场面污水、 废酸处理后 液及电炉脱硫废水; 4 其他生产废水， 包括共 6 个生 产单位排出的废水， 这 6 种废水的水质比较相似， 主 要污染物为镍等重金属及悬浮物 SS 。 1. 2回用水水质、 水量要求 根据各生产单位对回用水水质的要求， 可将回用 9 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 水分为三种。各种回用水的水质指标如表 2 所示。 表 1工艺设计进水水质、 水量 指标 公司 1 公司 2 废酸 后液 电炉 脱硫 场面 废水 其他 废水 水量 / m3d － 1 40602001501501 340 ρ Ni/ mgL － 1 3. 202. 166. 961009. 54 ～ 17. 14 ρ Pb mgL － 1 0. 910. 790. 61 ～ 0. 81 ρ Cd/ mgL － 1 0. 540. 262. 160. 210. 04 ～ 0. 24 ρ As/ mgL － 1 1230. 01600. 06 ～ 0. 45 ρ COD/ mgL － 1 3798538 ～ 1 071 ρ 氨氮/ mgL － 1 8253 7534. 63 ～ 6. 93 ρ SS/ mg/L9213 089 5 908512 ～ 1975 ρ SO2 － 4 / gL － 1 19. 238. 867. 267. 83. 04. 29 ～ 51. 1 ρ Na －/ gL－ 1 0. 390. 12 ～ 3. 69 ρ Fe/ mgL － 1 1 966390 pH8. 712. 5001. 23. 1 ～ 7. 8 表 2回用水水质指标 水质指标回用水 1回用水 2回用水 3 ρ Pb / mg L － 1 ≤0. 01 ≤0. 05 ≤0. 1 ρ Cd / mg L － 1 ≤0. 001≤0. 005 ≤0. 01 ρ As / mg L － 1 ≤0. 05 ≤0. 05 ≤0. 1 ρ COD / mg L － 1 ≤15 ≤30 ≤30 ρ 氨氮 / mg L － 1 ≤1. 5 ≤1. 5 ≤1. 5 ρ SS / mg L － 1 000 pH6 ～ 96 ～ 96 ～ 9 电导率≤0. 2无要求无要求 2废水处理工艺 2. 1废水预处理工艺 2. 1. 1高浓度氨氮废水预处理 该企业排出的废水中含高浓度氨氮污水有两种， 合计废水量 Q 100 m3/d， 混合后 pH 值为 12. 28， ρ NH3-N 为2 582 mg/L， 如不进行单独脱氮预处理， 直接与该企业其他生产单位排出的含有高浓度 Ni、 Cd 等重金属的废水混合， 重金属离子与氨氮将生成 稳定的金属络合离子 ［ 1］， 为其处理带来一定困难。 所以需对上述两个生产单位排出的废水进行单独脱 氮预处理。 本项目采用三级氨氮蒸汽、 空气吹脱法去除废水 中的氨氮， 通过清水淋洗吸收吹脱出来的氨气来回收 氨水。在二、 三级吹脱前采用石灰乳碱化废水， 控制 pH 值 11， 使水中的氨氮基本上以 NH3的形式存 在， 同时废水中的 SO2 － 4 与石灰乳中 Ca2 反应生成 CaSO4沉淀， 去除了废水中大部分 SO2 － 4 ， 以减小 SO2 － 4 对氨氮吹脱的影响 ［ 2］， 提高了氨吹脱效率。在石灰 乳碱 化 废 水 过 程 中产生的 CaSO4沉 渣， 可 用 来 回 收石膏。 由于公司 1 废水中不仅含有高浓度的氨氮， 而且 含有高浓度的砷 123 mg/L ， 所以经脱氨处理后的 废水还需要与其他高浓度含砷废水混合进行除砷。 2. 1. 2高浓度含砷废水预处理 砷及其化合物是毒性极强的污染物， 对于有色金 属冶炼行业排放的含高浓度砷的废水安全再利用， 除 砷是不可缺少的关键环节 ［ 3］。将高浓度含砷废水进 行单独预处理后， 再与该企业其他生产废水混合进行 下一步处理， 可提高回收有色金属的品位， 防止砷在 系统中循环积累。 根据石灰铁盐法的原理 ［ 4］， 结合本项目中废酸 后液废水中铁离子含量较高 ρ Fe /ρ As 为 33 的 特点， 因此采用三段中和 － 铁盐混凝法处理含砷废水 工艺。 一段中和， 加入 CaCO3将废酸后液废水 pH 调至 2. 5， 使 CaCO3与原水中 SO2 － 4 反应， 生成 CaSO4沉 淀， 去除废水中大部分 SO2 － 4 。在 pH 值为 2. 5 的条件 下， 废水中的铁和三价砷基本不会形成沉淀， 只有少 量五价砷会形成难溶性盐而进入沉渣中。所以， 可以 利用产生的 CaSO4沉渣来回收石膏。 二段中和， 用石灰乳调 pH 值至 10. 5， 鼓风搅拌， 利用废水中同时含有砷和铁， 且铁砷比较高的特点， 使废水中的砷生成溶解度很小的砷的铁盐沉淀。另 外 Fe3 的水解产物 Fe OH 3胶体， 可以吸附并与废 水中的砷反应， 生成难溶盐沉淀而将其除去。因此本 阶段可以去除废水中全部五价砷， 大部分三价砷及铁 离子。 三段 中 和， 用 石 灰 乳 调 pH 值 至 9. 5， 并 加 入 FeSO4控制 ρ Fe /ρ As 为 15， 鼓风搅拌， 进一步去 除废水中的三价砷。 2. 1. 3酸性废水预处理 需进行预处理的酸性废水包括场面污水和电炉 脱硫废水， 其中场面废水中含有大量的粉尘等无机颗 粒杂质， 因此先将其进行絮凝沉淀， 然后再将其与电 炉脱硫废水混合， 加入 CaCO3将混合废水 pH 调至 2. 5， 使 CaCO3与原水中 SO2 － 4 反应， 生成 CaSO4沉 淀， 去除废水中大部分 SO2 － 4 ， 沉渣可用于回收石膏。 在 pH 值为 2. 5 的条件下， 废水中的镍基本不发生沉 01 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 淀， 可以减少本阶段预处理镍的损失， 以便下一步对 其进行回收处理。 2. 1. 4其他生产废水预处理 其他生产废水在去除重金属并回收镍之前对其 进行除悬浮物 SS 预处理， 以利于镍的回收。 聚丙烯酰胺 PAM 是一种有机高分子絮凝剂， 由许多 CH2 CHCONH2结构单元联结而成， 通过 其高分子的长链把污水中的许多细小颗粒吸附后缠 在一起而形成架桥。与无机絮凝剂相比， PAM 具有 用量少、 絮凝能力高、 效果好、 絮凝体粗大、 沉降速度 快， 废水中共存离子及 pH 值影响较小等优点 ［ 5］。目 前该企业废水处理站悬浮物去除率在 80 左右， 并 可同时去除部分 COD。 2. 2石灰法分级沉淀处理 先将经预处理的全部 11 种污水混合， 然后采用 石灰法分级沉淀回收镍并去除重金属离子。 石灰法分级沉淀是利用不同金属氢氧化物在不 同 pH 值下沉淀析出的特性， 依次沉淀回收各种金属 氢氧化物。沉淀法处理重金属废水具有流程简单， 处 理效果好， 操作管理便利， 处理成本低廉的特点 ［ 5］， 是目前应用最为广泛的一种处理重金属废水的方法。 混合废水中主要重金属 Ni、 Pb、 Cd 的氢氧化物 溶度积 Ksp 分别为 2. 0 10 － 15、 1. 2 10－ 15、 2. 2 10 － 14， 混合废水经 PAM 絮凝处理后 ρ Ni 、 ρ Pb 、 ρ Cd 分别为 10， 0. 3， 0. 15 mg/L。一级沉淀用石灰 水调 pH 值至 8. 0， 可以去除 80 以上的 Ni， 其他重 金属离子 Pb、 Cd 等由于其溶度积、 浓度及羟基配合 作用的关系， 基本不发生沉淀。二级沉淀用石灰水调 pH 值至 11， 并加入 FeSO4， 鼓风搅拌， 去除大部分剩 余的镍及其他重金属。 2. 3废水深度处理工艺 2. 3. 1臭氧氧化去除有机物 臭氧氧化去除有机物的基本原理是 O3在高 pH 值溶液中， 离解成 HO － 2 ， 该离子与 O3反应诱发产生 多种自由基， 尤其是氧化能力强的HO ， 使溶解或分 散于水中的有机物氧化成新的HO ， 成为引发剂， 诱 发后面的链反应 ［ 6］。臭氧作为一种强氧化剂， 能与 废水中存在的大多数有机物和微生物以及无机物迅 速发生反应， 因此可用于除去水中的色度、 难降解的 有机物， 且具有杀菌消毒的作用 ［ 5］。 本项目废水经预处理及分级沉淀去除重金属后， ρ COD 为 200 mg/L 左右， 其中有毒物质及难降解有 机物含量较高， 且废水 pH 值较高， 所以适合采用臭 氧氧化法处理。 2. 3. 2活性炭吸附处理 本阶段主要是利用活性炭吸附废水中剩余的悬 浮物、 重金属、 有机物等污染物。活性炭吸附后再经 微滤设备过滤， 出水 可达表 2 中回用水 2 的水质 要求。 2. 3. 3膜过滤除盐处理 本阶段是将经过活性炭吸附的出水， 利用反渗透 膜进行过滤， 除去 Na 、 SO2 － 4 等离子， 使出水电导率 达 0. 2， 符合回用水 1 的水质要求。分离出的浓水， 符合回用水 3 的水质标准。 2. 4泥渣处理 污水处理过程中产生的污泥、 镍渣、 砷渣和重金 属渣， 分别用板框压滤机进行脱水处理， 其中镍渣脱 水处理后的泥饼回用冶炼。 CaSO4沉渣， 经浓缩机和离心分离机脱水处理 后， 回收石膏。 3工艺设计方案 3. 1工艺流程 工艺流程如图 1 所示。 图 1污水处理工艺流程 11 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 3. 2工艺参数 1 普通沉淀 沉淀表面负荷1 m3/ m2h 。 2 絮凝 沉 淀 混 合 时 间 1 min， 絮 凝 反 应 时 间 30 min， 沉淀表面负荷1 m3/ m2h 。 3 过滤 过滤设备自动控制反冲洗， 反冲洗水来自 回用水池， 反冲洗排水至废水调节池。滤速 8 m/h。 4 三级氨吹脱、 吸收法脱氨 一级氨吹脱， 废水 pH 值为 12. 28; 二、 三级氨吹脱， 加入石灰乳通过 pH 计自动控制， 将 pH 值控制在 11， 气液比为2 900 ～ 3 600， 水力负荷为6 m3/ m2h 。 5 三段中和 － 铁盐混凝法除砷 一段中和， 加入 CaCO3将原水 pH 值调至 2. 5; 二段中和， 用石灰乳调 pH 值至 10. 5， ρ Fe /ρ As 为 30 左右， 鼓风搅拌; 三 段中和， 用石灰乳调 pH 值至 9. 5， 并加入 FeSO4控制 ρ Fe /ρ As 为 15， 鼓风搅拌。混合时间为 3 min， 反 应时间为 30 min， 沉淀表面负荷 1 m3/ m2h 。 6 中 和 沉 淀 加 入 CaCO3将 原 水 pH 值 调 至 2. 5， 混合时间 3 min， 反应时间 30 min， 沉淀表面负荷 1 m3/ m2h 。 7 石灰法分级沉淀除重金属 一级沉淀调 pH 值 至 8; 二级沉淀调 pH 值至 11， 加入 FeSO4鼓风搅拌。 混合 时 间 3 min， 反 应 时 间 30 min， 沉 淀 表 面 负 荷1 m3/ m2h 。 4结论 1 根据废水分质处理的原则， 对高浓度氨氮废 水、 含砷废水等进行单独预处理， 降低了混合废水处 理难度， 并提高了镍的回收率。 2 采用三级氨氮吹脱、 吸收工艺处理高浓度氨 氮废水， 提高了去除氨氮的效率和稳定性。并对污水 中氨及污水处理过程中产生的副产品 CaSO4进行了 回收利用。 3 根据石灰铁盐法的基本工作原理， 结合本项 目中酸性含砷废水中铁离子含量较高的特点， 设计了 三段中和 － 铁盐混凝法处理含砷酸性废水工艺。在 投加铁盐量很少的情况下， 达到了较高的除砷效率， 同时去除了废水中大部分铁及 SO2 － 4 。 4 采用石灰法分级沉淀处理混合废水中重金属 离子， 在去除大部分重金属离子的同时还可以回收金 属镍， 为企业降低了运行成本， 并且防止了二次污染。 5 根据各单位对回用水质的不同要求， 采用了 活性炭和活性炭加膜过滤两种污水末端处理方式， 使 污水处理后全部回用， 达到了污水零排放的目的， 不 仅节约了大量水资源， 降低了企业的运行成本， 而且 防止了对该地区水体及地下水的污染。 参考文献 ［1 ］ 戴树桂. 环境化学［M］ . 北京 高等教育出版社， 1996. ［2 ］ 王忠兰. 普通化学［M］ . 沈阳 辽宁科学技术出版社， 1994. ［3 ］ 闵世俊， 曾英， 韩璐. 含砷工业废水处理现状与进展［J］ . 广东 微量元素科学， 2008， 15 8 1- 6. ［4 ］ 何少先， 孙石， 龚光碧. 净化去除酸性废水中不同价态砷的研 究［J］ . 环境科学， 1994， 15 4 44- 46. ［5 ］ 杨智宽， 韦进 宝. 污 染 控 制 化 学［M］ . 武 汉 武 汉 大 学 出 版 社， 1998. ［6 ］ 庄汉平， 傅家谟， 盛国英， 等. 水处理过程中的深度氧化技术 ［J］ . 中山大学学报论丛， 1997 5 183- 188. 作者通信处边德军130012吉林省长春市红旗街 2494 号长春 工程学院水环学院 电话 0431 85711567 E- mailccgcxybdj 163. com 2009 － 10 － 27 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 联合国呼吁各国发展清洁能源 联合国秘书长潘基文的能源和气候变化问题高级顾问团近日发布一份报告， 呼吁世界各国大力发展清洁能源， 推广使用清 洁能源和提高能源利用效率。 潘基文在报告发布仪式上发表讲话说， 能源问题与未来全球气候、 可持续发展、 经济增长和减贫事业息息相关。随着发展中 国家的能源需求快速上升和发达国家急需减少温室气体排放， 世界需要开展一场 “清洁能源革命” 。 这份报告显示， 世界上 60 的温室气体来自于生产、 运送和使用能源的过程。地球上约 30 亿人每天仍依靠传统的生物燃料 做饭和取暖， 约 15 亿人日常生活中没有电。报告指出， 可靠和廉价的电力供应对于确保经济增长和实现千年发展目标至关重 要。报告呼吁世界千国在普及使用能源主面设立国家级目标， 并制订相应的计划和创造必要的环境。 报告认为， 推广使用清洁能源和提高能源利用效率， 将是事关全球减贫事业和应对气候变化能否成功的关键。 报告还说， 各国应为耗电产品和设备制订统一的技术标准， 加快转让知道产权， 鼓励私人资本投资于提高能源利用效率。如 果推行报告所建议的措施， 全球用于单位国内生产总值的能源肖耗每年将减少 2. 5 。 21 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期