新型微小型多功能重金屬廢液處理裝置的應用

儲岳喜，王 慎，張 娟，何金保，唐勝衛，儲岳海

（1.馬鞍山市桓泰環保設備有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243003）

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新型微小型多功能重金屬廢液處理裝置的應用

儲岳喜1，王 慎1，張 娟1，何金保1，唐勝衛2，儲岳海1

（1.馬鞍山市桓泰環保設備有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243003）

摘 要：新型微小型多功能重金屬廢液處理裝置可針對目前化工行業、生活污水處理廠COD在線監測設備產生重金屬廢液及特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金屬及濃硫酸中的一種或多種工業廢水處理問題，采用還原-沉淀-過濾-收集固態濾渣、濾液中和等工藝，達到有效的處理各種重金屬的效果，上清液達標排放。

關鍵詞：鉻；汞；含重金屬廢液；設備；化學需氧量

1 國內重金屬廢液處理現狀

國家“十二五”規劃明確提出，到2015年，國家重點區域重點重金屬污染物（鉛、汞、鎘、鉻和砷）的排放量比2007年降低15%。目前，環保部門正委托相關科研院所開展涉重金屬污染企業“產排污系數”課題研究，將結合既有的國家主體功能區劃及相關產業政策、環保政策，為通過工業廢氣排放到環境中的汞、鉻、鎘、鉛和類金屬砷等重金屬污染物的總量控制指標分解到企業奠定技術基礎，并將在啟動《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》中期評估前，為其提供考核依據。

在工業生產中，皮革制造、金屬表面處理、煉鋼等行業會產生大量含有重金屬的廢液，但這些排污企業都在環保監測的范圍內可以進行實時監督。而遍布各個城市的環保監測點和化學實驗室在日常工作中也會產生一些有劇毒的重金屬廢液，如COD在線監測設備和各市環境監測站的實驗室，每天都要做大量的COD檢測比對試驗，就會產生一些含有高量鉻、汞、銀的化學廢液。目前市場上還沒有專門針對這類型廢液的小型處理設備，所以實驗室對于含有重金屬廢液的處理辦法還是手工處理方式，如對幾種常見重金屬的實驗室處理方法：

（1）含汞廢棄物的處理

將廢液調至pH8～10后加入過量硫化鈉，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉淀劑，生成的硫化鐵沉淀可將硫化汞微粒吸附沉淀，然后靜止分離，清液可排放，殘渣可用焙燒法回收汞或制成汞鹽。

（2）鉛、鎘

用堿將廢液pH調至8～10，生成Pb（OH）2和Cd（OH）2沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉淀劑，沉淀物可與其他無機物混合進行燒結處理，清液排放。

（3）鉻

含鉻廢液中加入還原劑，如硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、鐵屑，在酸性條件下將六價鉻還原成三價鉻，然后加入堿，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉等，使三價鉻生成Cr（OH）3沉淀，清液可排放。沉淀干燥后可用焙燒法處理，使其與煤渣一起焙燒，處理后可填埋。

由此可以看出，實驗室手工處理含重金屬廢液耗時、耗力、效率不高，尤其是自然沉淀階段過程很慢，固液分離手工操作差別會很大，并且在操作過程中可能會對實驗員造成接觸性傷害。如果有一臺專用的處理設備，就可以先將這些廢液集中收集到一定量后送入設備進行一并處理，既可解放人力確保安全，又能快速高效。

新型微小型多功能重金屬廢液處理裝置正是基于這些需求而研發，可用于處理實驗室產生的含鉻、汞、銀、鉛、鎘等對人體有害的重金屬化學廢液和COD在線監測設備所產生的廢液。單次處理量100～1000mL，每次處理時間10～15分鐘，處理后上清液中的重金屬含量可達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）第一類污染物最高允許排放濃度（見表1）。

表1 第一類污染物最高允許排放濃度（GB8978-1996）

舉例來說，一臺哈希COD在線監測設備每個月產生5～6L的廢液，根據哈希藥劑配方，按照正常設備工作流程，理論上COD廢液中的汞離子含量約為9.7g/L，銀離子含量約為1.21g/L，總鉻含量約為3～4g/L。如果不經過化學方法將重金屬離子沉淀并收集，想達到汞離子0.05mg/L的排放標準，廢液需要稀釋20萬倍才能排放。一臺設備每月產生廢液5L，若一個城市的COD裝機量為100套，則每年會產生廢液6噸，需要120萬噸的水來稀釋。稀釋后的廢水中的重金屬離子仍然會在自然界中不斷富集，而普通污水處理廠的處理工藝對這些重金屬離子無法達到理想的處理效果，這些得不到及時有效處理的廢水排放到江河湖海或用于灌溉農田，最終會嚴重危害人體健康。COD檢測廢液中還含有大量有劇毒及腐蝕性的六價鉻，接觸多可能會引發癌癥。

該設備處理COD在線監測廢液的化學工藝為：首先向廢液中加入過量的亞鐵還原劑，將其中劇毒的六價鉻全部轉化為低毒的三價鉻，隨后向溶液中加入強堿溶液，使其中的三價鉻、汞離子、銀離子和鐵離子形成固態化合物，然后加入適量絮凝劑將這些離散的固態化合物形成絮凝團，經過初級過濾將其收集起來，過濾后的液體經過0.1微米的二級過濾系統，將其中少量微小顆粒物進行濾除，最終上清液進入到中和桶中，調節pH值到6～9后正常排放。經初級過濾系統收集的重金屬沉淀絮凝物可送到附近的危廢處理中心進行安全填埋，也可做為水泥磚的輔料將其固化。這樣就可以保證這些重金屬不會再進入到自然界中被動植物或人體所接觸。實驗證明，該設備對于少量高度的重金屬化學廢液有很好的處理效果。

2 相關技術參數

新型微小型多功能重金屬廢液處理裝置設備的處理對象為：含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag及強酸性濃硫酸廢液；處理方法為：還原 - 沉淀 - 過濾 - 收集固態濾渣、濾液中和排放；處理結果執行《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）。有關參數見表2。

表2 新型多功能處置設備效果

一般維護周期每月一次，每次約30min；試劑和耗材消耗成本小于5元/L樣品； 輸出RS-232，4-20mA（選配）；環境要求在溫度可調的室內，建議溫度5℃～28℃，濕度≤90%（不結露）；電源AC230±10%V，50±10%Hz，5A；設備尺寸高1280× 寬930×深660（mm）。其他：異常報警和斷電不會丟失數據；觸摸屏顯示及指令輸入；異常復位和斷電后來電，自動恢復工作狀態繼續先前的步驟。

3 應用

該設備可應用于鋼鐵、電力、冶金、化工原料等各種工業及生活污水處理廠COD在線監測產生的廢液，也可應用于特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金屬及濃硫酸中的一種或多種工業廢水處理應用中，也可以根據用戶實際需要處理的廢液成分，對藥劑配方進行調整變動。

4 設備的工作系統

4.1 處理系統

該設備整機處理系統的工作原理見圖1。

圖1 整機處理系統工作原理

5個試劑瓶中裝有待處理的化學廢液和處理過程中所需的幾種反應試劑，5種試劑情況見表3。

表3 試劑情況

系統運行流程為：蠕動泵1按照一定的順序分別將幾個試劑瓶2中的試劑逐次定量（按照一定的配比）抽取到反應容器3中進行混合反應，反應期間由空氣泵10向反應池持續鼓氣以促進反應充分，反應過后生成的含有固體顆粒物的混合液經電磁閥9排放到過渡容器11，過渡容器11中的混合液經計量泵7進行定量抽取至過濾器4中，過濾系統包含高低兩級精度過濾器，過濾器的兩端接有手動球閥開關5，當過濾器4出現堵塞需要更換時就關閉手動球閥開關5，以防更換過濾器4時管道中液體流出，過濾器4與計量泵7之間接有壓力傳感器6，當過濾器4出現堵塞時壓力會升高，壓力傳感器6檢測到系統壓力上升到設定值時會反饋給電氣系統，然后更換濾芯4，過濾后的液體進入中和容器12，中和容器12內部裝有液位傳感器13和pH計14，當傳感器13檢測到液位達到設定值后，pH計14向系統反饋所檢測到得pH值，如果pH值達標，即可開啟電磁閥16進行排放，如果pH值不達標，即可開啟蠕動泵1抽取試劑瓶2中的試劑進行中和，中和過程中空氣泵10持續向中和容器12鼓氣，以使中和反應充分，當pH計14向系統反饋所檢測到得pH值達標后即停止中和過程，并開啟電磁閥15進行排放。整機處理系統結構見圖2。

圖2 整機處理系統結構

該設備的功能通過以下技術方案實現：1）通過集成式蠕動泵實現各種反應試劑的定量配比，加藥反應時間通過蠕動泵的轉速調配和顏色傳感器確定；2）通過前后兩級精度過濾，實現將反應過程中的污染物顆粒進行有效取出，方便收集固體顆粒物；3）通過過渡（沉淀）容器和各試劑瓶安裝液位報警開關進行溢滿和試劑缺失報警；4）通過觸摸屏參數設定每次處理量的大小，可靈活控制廢液處理設備的處理量和處理效率；5）通過pH傳感器監控中和容器中液體的pH值以及和中和反應是否完全，以保證達標排放；6）通過PLC控制系統，觸摸屏模塊和檢測報警系統實現各種廢液的一鍵式操控。

4.2 電氣器件

PLC在電氣系統中是控制電氣設備的核心部件，因此PLC的控制性能是關系到整個控制系統是否正常、安全、可靠、高效運行的關鍵所在。該設備采用進口西門子PLC和西門子觸摸屏等控制元器件，性能穩定，操作簡便，減少了環境干擾和設備故障。

4.3 設備的特點

1）該設備基于創新工藝流程而研發，能快速、有效處理含有有害金屬離子的多種化學廢液，填補了該領域的自動化控制水處理設備行業空白，具有集約、高效的優勢；2）實現了處理過程各階段的全程自動化檢測和監控，對反應過程中的意外情況可以做出預警；3）該設備結構簡單，易于維護，處理周期短、效率高；配置了智能化控制觸摸屏，操作簡單，只需輕輕一點即可完成工作，處理進度、系統壓力、液位、pH值等參數實時顯示在觸摸屏上，設備工作情況一目了然；4）采用兩級過濾，可以將反應過程中產生的固體顆粒物完全濾除，不會產生二次污染；5）結構簡單、易于操作，可通過觸摸屏真正實現一鍵式處理。

4.4 處理步驟

1）開啟蠕動泵1抽取稀釋液用新的水樣沖洗測量水樣、試劑體積的容器和消解試管；2）開啟蠕動泵進樣，水樣并不直接與蠕動泵管接觸，在泵管和水樣間有一個空氣緩沖區，進樣的體積由一可視測量系統控制；3）開啟蠕動泵投加試劑（硫酸汞、重鉻酸鉀、硫酸包括催化劑），試劑的體積也由可視測量系統控制；4）通過鼓泡混合水樣和試劑；5）擰緊消解試管蓋后，由加熱金屬絲將溶液加熱至175℃，消解時間由測量系統自動控制；6）溶液冷卻后，由蠕動泵排出溶液；7）在用戶自定義的測量周期中，分析儀會利用內置的校準標液和清洗溶液自動進行校準和清洗。

中圖分類號：X703.3

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）06-0032-04

Application of New Microminiature & Multifunctional Treatment Device for Waste Liquid of Heavy Metal

CHU Yue-xi1， WANG Shen1， ZHANG Juan1， HE Jin-bao1， TANG Sheng-wei2， CHU Yue-hai1
（1.Maanshan City Huantai Environmental Protection Equipment Ltd， Anhui Maanshan 243000；2.Maanshan Iron and Steel Co.， Ltd， Anhui Maanshan 243003， China）

Abstract：The new microminiature & multifunctional treatment devices for waste liquids of heavy metal could aim at waste liquids of heavy metal generated from COD online monitoring device in treatment plants of chemical industries and domestic sewage， the containing heavy metals， such as Cr （Ⅵ）， Cr （Ⅲ）， Hg， Ag， etc.， and one or many kinds of industrial wastewater problems in the heavy sulphuric acid. The paper adopts technologies such as reduction-precipitation-filtering-solid residue collection and filtering neutralization， so as to achieve the effective effects in treatment of various heavy metals and to achieve the supernatant liquids to comply with the discharge standard.

Keywords：Cr； Hg； waste liquid of heavy metal； device； COD