氧化+脫鈣+膜技術在工業廢水深度處理中應用研究

孟 娜

金堆城鉬業股份有限公司 陜西 西安 710077

1 前言

硫酸屬于上百種工業產品里的重要性原料,為最活潑的二元無機強酸,可與許多金屬相互反應。我國人口眾多,經濟發展快速,硫酸產量直接涉及到整個國計民生,硫鐵礦為我國的自有資源,儲量豐富,這為硫鐵礦制酸提供了有利條件。隨著國家環保要求的提升,硫鐵礦制酸廢水處理問題備受關注,所以為達到廢水達標排放、事故廢水收集處理的廢水治理目標,結合具體情況,因地制宜,對廢水處理工藝進行改造與優化,實現環境保護。[1]

2 廢水來源

鉬爐料產品部硫酸工業廢水來源主要包括鉬精礦焙燒煙氣凈化洗滌廢酸及硫鐵礦焙燒煙氣凈化洗滌廢酸。硫鐵礦制酸工藝流程有硫鐵礦原料預處理、SO2轉化、焙燒得二氧化硫爐氣、SO3吸收、尾氣處理等多環節[2]。硫鐵礦制酸工藝中,凈化工段會產生大量廢水,另外設備、地坪沖洗和礦渣濕氣體等環節無法避免的有大量廢水產生。根據金堆城鉬業公司鉬爐料產品部硫酸工業廢水處理后水質情況,可知處理后廢水中污染物主要為COD,同時廢水中鈣離子濃度較高。廢水處理改造需深度脫除COD及溶解性固體。

3 原廢水處理工藝及廢水水質分析

3.1 原廢水處理工藝流程圖

圖3 .1 原廢水處理工藝流程圖

原工藝中煙氣凈化洗滌水中含有8%-10%的硫酸,采用熟石灰或電石渣中和后經板框壓濾、戈爾膜過濾處理。處理后的水,經過實驗室檢測,廢水中含有較高濃度的COD及溶解性總固體。

3.2 廢水水質分析 原廢水為金堆城鉬業公司鉬爐料產品部向中南大學寄送的含COD的三種不同時間段的原水,三種水經過了電石渣中和處理,實驗室對該廢水進行了檢測分析,其特征污染物濃度結果如表3.2所示。

對原廢水進行蒸發,蒸發得到鹽分送能譜分析,分析結果如下圖3.2所示。

圖3 .2 廢水中的鹽分能譜分析

通過能譜的初步分析可知,廢水中的鹽分的主要成分是硫酸鈣和硫酸鈉。

4 改造后的工藝及水質分析

針對酸性廢水中和后液,具有硬度高,COD 難降解等特點,鉬爐料產品部采用賽恩斯環保股份有限公司提供的生物制劑協同氧化+脫鈣+膜技術工藝。

4.1 改造后工藝流程 廢水回用處理工藝主要分為兩大部分:(1)預處理工藝,采用“生物制劑協同氧化及協同脫鈣”技術,主要用于廢水中COD及總硬度的脫除；(2)超濾-反滲透處理工藝。整體處理工藝流程如圖4.1所示。

圖4 .1 金堆城鉬業工業污水深度治理-回用工藝流程圖

4.1.1 預處理工藝流程 硫酸工業廢水中主要含有COD 及總硬度等物質,廢水經收集進入收集槽進行臨時儲存,儲存后廢水經提升泵進入批次反應池,在一級反應池加入生物制劑、氧化劑實現配合反應和氧化反應,反應完成后進入二級水解反應池,在二級水解反應池中加入堿液調節體系p H 值進行水解反應,然后在三級脫鈣反應池加入脫鈣劑,通過生物制劑和脫鈣劑的協同作用,將廢水中的鈣離子濃度降低到100mg/L以下,保障后續膜系統的穩定長時間運行,在四級絮凝反應池中加入少量絮凝劑進行絮凝反應,實現各污染物的深度脫除,反應后廢水進入沉淀池實現固液分離,分離后的上清液進入清水池經硫酸回調后進入膜處理系統。

沉淀池的底流通過污泥泵輸送至集泥池,集泥池底流返回至硫酸中和系統,集泥池的上清液返回沉淀池。

表3 .2 廢水原水實驗室檢測結果(單位：mg/L,p H 值無量綱)

檢測結果表明廢水中污染物主要為COD,同時廢水中總硬度較高。通過TOC、TC分析可知廢水中的COD主要是有一定量的有機化合物,初步推斷是殘留在鉬精礦中揮發的有機選礦藥劑。

4.1.2 超濾-反滲透膜處理工藝流程 廢水經軟化處理后的出水先進入回用水池,經廢水泵輸送至多介質過濾器進行過濾去除懸浮物。多介質過濾器出水進入經自清洗過濾器后進入超濾裝置。超濾裝置采用錯流過濾模式,超濾裝置設計回收率≥90%,超濾濃水返回預處理沉淀池,超濾產水進入超濾產水池。

超濾產水池內的產水經一段反滲透進行濃縮,濃水進入二段膜分離裝置進一步濃縮,二段膜分離裝置產水達標排放用,濃水去鐵粉増濕降塵噴淋。

4.2 改造后工藝特點及優勢

4.2.1 生物制劑協同氧化及脫鈣系統

(1)僅通過一段反應沉淀系統可以同時實現COD及總硬度的脫除,降低投資成本。

(2)凈化水中的鈣離子穩定脫除到100mg/L以下,可實現滿足工業用水的要求,低鈣凈化水不會在管道里結垢,保證膜處理的長期穩定運行。

(3)脫鈣過程碳酸鹽的投加量少,(常規碳酸鈉脫鈣工藝一般要過量3～5倍,脫鈣成本高),降低膜系統進水的電導率。

(4)生物制劑能夠作為脫鈣過程中的晶核,出水清澈。

(5)處理后凈化水碳酸鹽的殘留較少,無緩沖,p H 調節容易,處理后廢水可回用。

(6)處理流程短,操作簡單,占地面積小,建設投資少,運行成本低。

(7)該技術處理系統運行穩定,出水水質可穩定實現達標。

4.2.2 超濾-抗污染膜分離系統 考慮到進水中有較高的COD,本設計選優抗污染復合膜元件,該抗污染復合膜為聚酰胺薄膜螺旋纏繞,主要針對抗生物污染設計,能夠抵抗有機污染物,清潔效果好,能大幅降低膜的清洗次數,并具有穩定的溶質去除率。

(1)工藝技術成熟,產品質量可靠,可擴展性強。

(2)設備集成度高,結構合理占地小。

(3)設備無需加熱,系統能耗低。

(4)產水水質好,出水可滿足循環冷卻水水質。

(5)處理流程短,操作簡單,全自動運行,維護成本低。

4.3 新工藝處理后廢水水質分析

表4 .3 生物制劑協同脫鈣+兩級反滲透處理前后結果

從表4.3中可以看出,通過生物制劑協同氧化+脫鈣+兩級膜分離處理工藝,通過協同氧化脫鈣工藝將廢水中的Ca2+脫除到50m/L以下滿足進膜條件,再通過反滲透技術將廢水中的COD 降至比較低的水平,其中COD可降至13.6mg/L,處理后生產水質要求達到《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》(DB61/224-2011)的排放標準(即COD＜50mg/L)。滿足企業提出的排放指標要求。

5 結論

通過多次實踐驗證,采用生物制劑協同氧化+脫鈣+反滲透工藝將廢水處理后可以達標排放,濃水可用于鐵粉増濕降塵噴淋。此工藝在深度脫除COD的同時實現廢水的凈化回用。通過長時間的驗證,發現該工藝流程適合應用于污水治理,各項指標均達預期目標,污水處理改造效果佳。不過對于工藝改造中出現的各種問題,還有待進一步改進,才能提高經濟效益與社會效益,促進鉬爐料產品部發展的同時,做到環境的有效保護。