生物制劑處理含重金屬?gòu)U水工藝研究

劉海波

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司,湖南衡陽(yáng) 421000)

生物制劑處理含重金屬?gòu)U水工藝研究

劉海波

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司,湖南衡陽(yáng) 421000)

針對(duì)湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司第六冶煉廠廢水中銅、鉛、鎘、砷、鋅等重金屬濃度高、波動(dòng)大、難以處理等特點(diǎn),在對(duì)廢水水質(zhì)調(diào)研的基礎(chǔ)上,研究了生物制劑對(duì)重金屬?gòu)U水的處理效果,考察了生物制劑加入量、廢水pH值、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響。研究表明,在生物制劑的投加量為5.75～11.5 L/m3,廢水pH值為10～10.5,絡(luò)合反應(yīng)時(shí)間為20 min,攪拌反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)處理效果最好,處理后出水中Zn、Cu濃度降低到0.5 mg/L,Cd、As、Pb濃度分別降低到0.01 mg/L、0.03 mg/L和0.05 mg/L以下,均可以達(dá)到國(guó)家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466-2010),實(shí)現(xiàn)重金屬離子的深度脫除。

重金屬;廢水;污染治理;工業(yè)實(shí)驗(yàn)

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,大量的有毒有害的重金屬?gòu)U水以各種形態(tài)排放出來(lái),嚴(yán)重危害著人類健康。我國(guó)大部分企業(yè)廢水處理方法主要以石灰中和法為主,由于氫氧根離子與重金屬離子結(jié)合的溶解度有差異,很難達(dá)到多復(fù)雜離子同時(shí)一步去除的效果,為了更好地治理工業(yè)廢水污染,控制重金屬?gòu)U水的排放,急需開拓新的重金屬?gòu)U水處理方法。

本文以湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司第六冶煉廠(以下簡(jiǎn)稱水口山六廠)與中南大學(xué)開發(fā)的“重金屬?gòu)U水生物制劑直接深度處理新工藝”對(duì)含有鉛、鋅、砷、鎘、銅等復(fù)雜重金屬?gòu)U水的處理有明顯的效果。在優(yōu)化工藝條件下可使 Zn2+、Cu2+脫除到0.5 mg/L以下,Cd2+、Pb2+脫除到0.01 mg/L、0.05 mg/L以下。

1 實(shí)驗(yàn)

2011年8月～9月1日在水口山六廠現(xiàn)有設(shè)施上進(jìn)一步連續(xù)工業(yè)化運(yùn)行調(diào)試,運(yùn)行期間,廢水流量為400 m3/d。

1.1 工藝流程

工業(yè)運(yùn)行期間,金、銀、銻、鉍等車間產(chǎn)生的廢水匯入3號(hào)池(有效容積300 m3),其它車間酸性廢渣首先進(jìn)入一次中和池后加入石灰將廢水渣pH值調(diào)至10混合一段時(shí)間,經(jīng)廢渣泵打入壓濾機(jī)壓濾,濾液也流入3號(hào)池。生物制劑法直接處理3號(hào)池廢水采用批次反應(yīng)池處理。廢水打入批次反應(yīng)池(有效容積40 m3)后,每池廢水加入硫化鈉1.5 kg,待水滿后攪拌15 min。再于每池加入生物制劑0.023～0.046 m3,絡(luò)合反應(yīng)誘導(dǎo)生成生物配合物,絡(luò)合20 min之后,使用石灰乳調(diào)節(jié)pH值至10～10.5,使得形成的生物配體膠團(tuán)絮凝長(zhǎng)大,攪拌30 min后加入PAM。直接將處理后的水經(jīng)提升泵打入斜管沉淀池沉淀渣液分離,上清液可直接排出,渣則進(jìn)入板框壓濾機(jī)壓濾渣外運(yùn)利用處置。具體的流程如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)藥劑與沉降原理

工業(yè)試驗(yàn)使用的是由中南大學(xué)環(huán)境工程研究所提供的生物制劑,該藥劑是一種富含羥基的膠態(tài)粒子,羥基中氧原子的電子結(jié)構(gòu)是1s22s22py′2pz′,氧原子外層的電子為sp3雜化狀態(tài),其中有兩個(gè)未共用的電子對(duì)占據(jù)兩個(gè)sp3雜化軌道,可與重金屬離子成鍵形成生物配合物。生物制劑在pH值3～4時(shí)開始水解,誘導(dǎo)生物配位體形成的“膠團(tuán)”長(zhǎng)大,并形成溶度積非常小的、含有多種元素(如Be、Mn、Si、Mg、Al、O、S、Pb、Cd、Ca、Fe、C、Cu、Zn)的非晶態(tài)的化合物,從而使重金屬離子高效脫除。

圖1 工業(yè)連續(xù)化運(yùn)行工藝流程圖

1.3 設(shè)備連接圖

工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備連接圖如圖2所示。

圖2 工業(yè)調(diào)試設(shè)備連接圖

2 去除效果分析

2.1 鋅離子脫除效果

生物制劑法處理對(duì)鋅離子的脫除效果如圖3。運(yùn)行期間,廢水中鋅離子濃度波動(dòng)范圍較大,且無(wú)規(guī)律,從5.24 mg/L到0.13 mg/L不等,均值為1.94 mg/L,原水鋅含量如圖中所示。由圖3中可以明顯看出工業(yè)試調(diào)試過程中生物制劑的加入量能適應(yīng)廢水中鋅離子濃度的波動(dòng),經(jīng)生物制劑處理后廢水中鋅離子得到深度脫除,凈化水中鋅離子的濃度樣品分析數(shù)據(jù)均低于1.0 mg/L,其中均值為0.201 mg/L,滿足《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466-2010),鋅≤1.5 mg/L。

圖3 廢水生物制劑處理新方法對(duì)鋅離子脫除效果影響

2.2 鉛離子脫除效果

運(yùn)行期間,廢水中鉛離子濃度波動(dòng)范圍較大,且無(wú)規(guī)律,廢水中鉛離子的濃度變化范圍為1.621 mg/L到0.08 mg/L,均值為0.3 mg/L,原水鉛含量如圖4所示。生物制劑法對(duì)鉛離子的脫除效果如圖4所示。由圖4可以看出,經(jīng)生物制劑處理后廢水中鉛離子去除效果很好,凈化水中鉛離子均值為0.007 6 mg/L,而且工業(yè)試調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)生物制劑的加入量能適應(yīng)廢水中鉛離子濃度的波動(dòng),處理后廢水鉛含量均低于《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466-2010),鉛≤0.5 mg/L。說(shuō)明生物制劑在優(yōu)化條件下對(duì)鉛離子具有比較理想的去除效果。

2.3 銅離子脫除效果

運(yùn)行期間,廢水中銅含量波動(dòng)范圍很大,從29.65 mg/L到0.72 mg/L不等,均值為5.35 mg/L。且廢水中存在大量的氨氮導(dǎo)致廢水的pH值很難調(diào)整,對(duì)廢水的銅離子的脫除帶來(lái)一定的難度,生物制劑法處理對(duì)銅離子的脫除效果如圖5所示。由圖5可以看出工藝調(diào)整之前廢水出水含銅存在波動(dòng),通過幾天的調(diào)整發(fā)現(xiàn)廢水中銅離子殘余含量受出水水解終點(diǎn)pH值影響較大。8月23日穩(wěn)定運(yùn)行以來(lái),反應(yīng)池出水控制廢水生物制劑水解終點(diǎn)pH值10.5～11.5之間所有批次反應(yīng)池出水銅離子濃度均在0.5 mg/L以下,低于國(guó)家《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(G B25466-2010)銅離子含量≤0.5 mg/L,通過這次連續(xù)化工業(yè)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)需要嚴(yán)格控制好每一槽廢水的pH值,防止整個(gè)沉淀池的水質(zhì)受到某一槽廢水的污染,才能保證4號(hào)清水池中銅離子的連續(xù)達(dá)標(biāo)排放。

圖4 廢水生物制劑處理新方法對(duì)鉛離子脫除效果影響

圖5 廢水生物制劑處理新方法對(duì)銅離子脫除效果影響

2.4 鎘離子脫除效果

運(yùn)行期間,廢水中鎘離子的濃度波動(dòng)范圍為2.08 mg/L到0.018 mg/L,均值為0.13 mg/L,生物制劑直接深度處理對(duì)鎘離子的脫除效果如圖6所示,處理后廢水鎘含量均低于0.05 mg/L,滿足《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(G B25466-2010)的限值要求。

圖6 廢水生物制劑處理新方法對(duì)鎘離子脫除效果影響

2.5 砷離子脫除效果

運(yùn)行期間,廢水中砷含量最高為5.44 mg/L,原水砷含量及生物制劑直接深度處理新工藝處理后凈化水中砷濃度如圖7所示。由圖7可知凈化水中砷濃度均低于0.3 mg/L,說(shuō)明生物制劑新工藝對(duì)重金屬?gòu)U水中砷有較好的脫除效果,凈化水中砷濃度遠(yuǎn)低于《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466-2010),砷含量≤0.3 mg/L。

圖7 廢水生物制劑處理新方法對(duì)砷離子脫除效果影響

3 結(jié) 論

水口山六廠重金屬?gòu)U水生物制劑直接深度處理新工藝工業(yè)調(diào)試得到如下結(jié)論:

1.抗重金屬?zèng)_擊負(fù)荷強(qiáng),凈化高效。生物制劑直接深度處理新工藝抗重金屬?zèng)_擊負(fù)荷強(qiáng),廢水中重金屬濃度波動(dòng)很大,且無(wú)規(guī)律,銅0.72～29.65 mg/L,鉛0.08～1.62 mg/L,鎘0.018～2.08 mg/L,砷0.07～5.44 mg/L,鋅0.13～5.24 mg/L。生物制劑直接深度處理新工藝對(duì)重金屬的凈化高效,8月20日至9月期間,所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示:凈化水中銅離子 0.008～2.21 mg/L,均值為 0.248 mg/L;鉛0.001～0.048 mg/L,均值為 0.007 6 mg/L;鎘0.001～0.045 mg/L,均值為0.009 mg/L;砷0.001～0.027 mg/L,均值為0.009 9 mg/L;鋅0.001～0.897 mg/L,均值為0.222 mg/L;除個(gè)別樣品由于石灰供應(yīng)不足未將pH值調(diào)節(jié)到位導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)外,所有樣品均遠(yuǎn)低于《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466-2010)。

2.渣的資源化。根據(jù)試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),處理400 m3/d的廢水處理產(chǎn)生的渣每天約3.5 t,主要是由無(wú)定形的重金屬離子生物配合體及碳酸鈣晶體組成,渣含水率56.3%,含鉛0.5%,含Cu 0.3%,含As 0.6%,含Ag 63 g/t。該渣可以選擇進(jìn)入公司富氧底吹煉鉛系統(tǒng)配料使用,從而實(shí)現(xiàn)渣的資源化。

3.工業(yè)參數(shù)可全自動(dòng)控制。重金屬?gòu)U水生物制劑直接深度處理工藝過程可以采用工業(yè)上成熟的自動(dòng)化控制技術(shù),能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,保證廢水處理效果,操作簡(jiǎn)單,便于控制。

[1] 黃祥華,董四祿.我國(guó)有色金屬及煙氣制酸振興規(guī)劃與發(fā)展[J].硫酸工業(yè),2009,(5):1-5.

[2] 鉛鋅冶金學(xué)編委會(huì).鉛鋅冶金學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社, 2003.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.有色金屬工業(yè)廢水治理[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2001.

[4] 霍建國(guó),張曉旗,夏曙演.高濃度酸性含鐵廢水處理的試驗(yàn)研究[J].上海環(huán)境科學(xué),2001,20(9):441-443.

[5] 盂祥和,胡國(guó)飛.重金屬?gòu)U水處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

Study of Heavy Metals Waste Water Treatment with Biological Agent

LIU Hai-bo
(Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Group Co.,Ltd,Hengyang421000,China)

Based on the problem of high concentrations of heavy metals,such as Cu,Pb,Cd,As,Zn,in the waste water of the sixth smelting plant of Shuikoushan Nonferrous Metals Group,it employed biological agent to treat the waste water which contains high concentrations of heavy metals.The effects of biological agent dosage,pH, and reacting time on the heavy metals removal rates were investigated.The results showed that with the dosage of biological agent at 5.75～11.5 L/m3,pH at 10～10.5,complexation time 20 min,and stirring time 30 min,the heavy metals removal rates reached the highest,and the concentrations of Zn,Cu dropped to 0.5 mg/L Cd,As, which was Pb dropped to 0.01,0.03,0.05 mg/L respectively,which was lower than the emission standard of Lead and zinc industry pollutants.

heavy metals;waste water,;pollution abatement;industrial experiment

X703

A

1003-5540(2012)05-0053-05

劉紹波(1981-),男,工程師,主要從事有色行業(yè)污染治理技術(shù)研究、工程實(shí)施及環(huán)保管理工作。

2012-08-09