韶關冶煉廠硫酸污酸廢水深度處理技術開發與應用
2014-04-29 00:00:00陳奕生
基層建設 2014年23期
摘要：項目屬于工業廢水水處理領域，通過對含有重金屬離子的硫酸生產廢水進行深度處理后，全部回用于生產工藝用水，項目實施后，污酸廢水的全部回用可以阻斷全廠廢水中主要的鈣離子、氟離子和氯離子來源，為廠工業廢水深度站的處理和全面回用打下良好基礎，從而真正實現韶關冶煉廠廢水的資源化與零排放，同時可脫除廢水中大量的鉈離子，降低了工業廢水中鉈污染的可能性。
關鍵詞：工業廢水水處理;硫酸污酸廢水;深度處理技術;生物制劑深度處理;自動控制方案
韶關冶煉廠硫酸污酸廢水水質指標如表1所示，由表可知污酸廢水酸度大、重金屬含量高、鹽分高、電導率高、鉈離子含量高、處理難度大，傳統的處理方法難以滿足韶關冶煉廠廢水“零排放”工程對污酸處理后回用的要求。在前期調研的基礎上，于2010年12月至2011年1月在現場進行了半連續中間試驗，結果表明：采用在重金屬廢水生物制劑處理工藝過程中互配加入少量硫化鈉的方法可以同時深度脫除廢水中的鉈離子和各種重金屬離子，出水鉈離子濃度小于0.05mg/L;重金屬離子濃度低于國家《鉛、鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）限值，鈣離子濃度可控，同時廢渣可以實現資源化，根據中試實驗結果得出的工藝參數，結合污酸廢水的水質情況和凈化水回用要求，提出了污酸處理工藝流程，如圖1所示。
表1 設計進水水質指標
檢測內容
Pb
（mg/L）
Zn
（mg/L）
Cd
（mg/L）
Hg
（mg/L）
As
（mg/L）
pH
污酸
57.03
602.52
1239.36
5.80
114.99
2.03
檢測內容
總硬度
（mg/L）
Tl
（mg/L）
F-
（mg/L）
Cl-
（mg/L）
SO42-
（mg/L）
電導率（us/cm）
污酸
2203.32
75.4
5580
16060
7250
169900
1.1污酸處理工藝流程簡介
通過對污酸廢水中各種污染物處理方法的論證分析，首先要對硫酸污水進行中和降酸處理，再在堿性條件下對廢水進行處理，因此污酸處理工藝采用“石灰預中和+硫化鈉預脫鉈+生物制劑深度處理”的物化法，流程上分三級進行，具體過程為：
圖1污酸生物制劑處理與回用工藝流程圖
污酸廢水首先進入地坑槽均化，然后進入石灰中和反應池，在反應池內通過投加石灰乳進行一段中和，調節pH值為8-10，一段中和液溢流至一段石灰中和濃密機沉降分離，底流進入污泥濃縮池重力濃縮后經壓濾機壓濾后可返回揮發窯回收鋅等其他重金屬;上清液溢流至預脫鉈反應池，加入硫化鈉預脫鉈處理，處理液進入沉淀池分離沉降收集含鉈渣;上清液進入生物制劑深度處理三級反應池，依次投加生物制劑、氫氧化鈉、碳酸鈉深度處理，控制水解反應值為10-11.5，出水投加PAM絮凝后進入斜板沉淀池，經沉淀后的凈化水回用于車間，底泥進入污泥濃縮池重力濃縮后經壓濾機壓濾可返回揮發窯回收鋅等及其他重金屬。
1.2生物制劑深度處理工藝特點
生物制劑是以硫桿菌為主的復合功能菌群代謝產物與其它化合物進行組分設計，通過基團嫁接技術制備了含有大量羥基、巰基、羧基、氨基等功能基團組的生物制劑。并成功實現了產業化，2009年建成了1萬噸/年重金屬廢水處理劑生產線。生物制劑在pH 3～4時開始水解，誘導生物配位體形成的“膠團”長大，并形成溶度積非常小的、含有多種元素（如Mn、Si、Mg、Al、O、S、Pb、Cd、Ca、Fe、C、Cu、Zn）的非晶態的化合物，從而使重金屬離子高效脫除。
2.污泥處理工藝
2.1污泥來源及污泥量
污泥主要來源石灰預中和階段、預脫鉈階段和生物制劑深度處理階段的沉淀池，在中試試驗基礎上，污泥含水率均按98%考慮，污泥量計算如下：
（1）一級石灰中和階段：32.5m3/h，合780m3/d。
（2）預脫鉈階段：2.5m3/h，合60m3/d。
（3）生物制劑深度處理階段：20m3/h，合480m3/d。
2.2污泥處理工藝流程
石灰預中和階段的泥渣進入污泥濃縮池重力濃縮后進入壓濾機壓濾，泥餅可返回揮發窯回收鋅等及其他重金屬;預脫鉈階段的泥渣直接進入壓濾機壓濾，泥餅可回收鉈;壓濾過程中的濾液回流至一段石灰中和反應池。具體流程如附圖1所示。
2.3自動控制方案
根據工藝要求，污水處理流程上設備電機進入計算機控制系統進行自動控制，現場也可對設備進行單臺手動操作。
設備電機的自動開關輔助觸點、接觸器輔助觸點、轉換開關“自動”檔接點、電機保護器故障信號，采用開關量送至計算機控制系統。現場控制箱上設置可進行“手動、檢修、自動”切換的轉換開關和就地操作按鈕。正常生產時通過計算機系統集中操作，現場調試和事故時在現場控制箱上操作。
本設計計算機控制系統擬采用一套以PLC控制系統為主控裝置、融電氣傳動控制和儀表過程控制于一體的自動控制系統，對污酸廢水處理站的過程工藝參數及電氣設備進行自動監控。在中控室設置系統服務器及其隸屬的操作員站。
主要工藝過程檢測項目：
（1）廢水處理部分：
進水流量、回水流量檢測;
石灰中和反應池pH檢測及PLC控制;
石灰中和濃密池污泥濃度、泥位檢測及控制;
生物制劑深度處理三級反應池中二級反應池的pH檢測及PLC控制;
生物制劑深度處理三級反應池中一級、三級反應池的pH檢測及控制;
生物制劑深度處理沉淀池污泥濃度、泥位檢測及控制;
斜板沉淀池出水利用濃硫酸回調pH值及PLC控制
（2）加藥部分：
石灰乳儲槽液位檢測與加藥量檢測及控制;
硫化鈉儲槽液位檢測與加藥量檢測及控制;
生物制劑儲槽液位檢測與加藥量檢測及控制;
氫氧化鈉儲槽液位檢測與加藥量PLC控制;
碳酸鈉儲槽液位檢測與加藥量檢測及控制;
濃硫酸儲槽液位檢測與加藥量PLC控制;
PAM儲槽液位檢測與加藥量檢測及控制;
（3）電氣設備運行啟停監控;
（4）水泵負荷監控;
（5）全廠用電管理。
2.4設計工藝的優勢
2010年12月至2011年1月在現場進行的半連續中試試驗結果表明污酸廢水生物制劑直接深度處理與回用工藝具有如下優勢：
（1）減少回窯泥渣量，節約能源。
采用兩段石灰中和工藝作為預處理，其中一段石灰中和階段的污泥主要成份是石膏渣，可以回收到較純的石膏，大大減少了后續需回揮發窯回收金屬的泥渣量，節約能源優勢明顯。
（2）抗重金屬沖擊負荷強，凈化高效。
生物制劑深度處理新工藝抗重金屬沖擊負荷強，硫酸污酸廢水中重金屬濃度高，成分復雜，污酸中鋅為602.52mg/L，鉈75.4mg/L，鉛57.03mg/L，鎘1239.36mg/L，砷114.99mg/L，汞5.8mg/L。生物制劑深度處理新工藝對重金屬的凈化高效，硫酸污酸凈化水中鋅離子為0.025-0.19mg/L，低于《生活飲用水水源水質標準》（CJ3020-93）均值為0.055mg/L;鉈離子小于0.05mg/L。凈化水中鉛濃度為0.16-0.54mg/L，均值為0.3mg/L;鎘濃度為0.036-0.076mg/L，均值為0.058mg/L;砷濃度為0.01-0.38mg/L，均值為0.14mg/L;汞濃度為0.001-0.013mg/L，均值為0.0038mg/L，遠低于《鉛、鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010），接近《生活飲用水水源水質標準》（CJ3020-93）。
（3）廢水中鈣離子可控脫除，效果明顯。
由于污酸中的鹽份高，氯離子含量高，導致廢水中總硬度濃度高達16878.69mg/L;凈化水中總硬度濃度可脫除至低于100mg/L，遠低于《生活飲用水水源水質標準》（CJ3020-93），鈣≤180mg/L，可以回用于生產系統。
（4）SO42-離子、F-離子有一定脫除效果，電導率、Cl-離子效果不明顯。
污酸廢水中SO42-離子的濃度為7.2g/L;凈化水中SO42-離子濃度為0.98-1.92g/L，平均脫除率為48%。說明凈化水在循環回用的過程中每次進入經處理后均可降低一部分SO42-離子。
污酸廢水中氟離子的濃度為5.58g/L，凈化水中氟離子濃度為2.13-2.81mg/L，低于《鉛、鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010），氟≤8mg/L。
污酸廢水中氯離子濃度波動范圍為4.75-16.1g/L;凈化水中氯離子濃度為12.15-15.02g/L，污酸廢水中電導率波動范圍為31500-169900 us/cm，均值66325 us/cm;凈化水中電導率為37300-40400 us/cm，均值為39025 us/cm。
（5）可實現中和渣和水解渣的資源化。
試驗過程對渣樣的跟蹤化學分析表明，渣中金屬含量高，可返回揮發窯回收鋅及其他重金屬，實現渣的資源化。水解渣由無定形的金屬離子生物配合體及碳酸鈣晶體組成。
（6）新建設施建設周期短、投資少，改造運行可以利舊。
重金屬廢水生物制劑深度處理工藝，可以充分利用原有化學沉淀法的設施進行相應的改造就可投入運行，投資少;對于污酸新建處理設施設計與施工可在兩至三個月內完成。
（7）工業參數控制操作簡便。
在重金屬廢水生物制劑深度處理工藝過程中生物制劑加入量越多，處理效果越好，但考慮到藥劑成本，故根據廢水中重金屬離子濃度調整生物制劑加入量;片堿流量以水解反應pH值為10-11進行自動控制;堿渣流量依據廢水中鈣離子濃度進行調整;絮凝劑PAM固定為5g/m3。整個過程擬采用的自動化控制技術工業上比較成熟，尤其是液堿調節pH的控制不會出現石灰調節pH過程中因結垢污染傳感器的問題，便于控制。
參考文獻：
[1]《鉛、鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）
[2]楊彤，化學法處理重金屬離子廢水的改進，環境與開發199.21（5）
[3]汪大軍，《工業廢水中專項污染物處理手冊》，北京：化學工業出版社2000
