鋼鐵冶金燒結煙氣脫硫含鉈廢水的研究

孫亞男

（呂梁市生態環境局，山西 呂梁 033000）

0 引言

在鋼鐵生產過程中，冶金燒結煙氣會對環境造成嚴重污染，通常采用脫硫液體對其進行處理，這些液體雖然在脫硫效果上較為優異，但同時也產生了一定量的含鉈廢水，如不及時處理，容易造成地表水重金屬鉈濃度超標，其污染問題仍然不容忽視[1-2]。針對含鉈脫硫廢水中水質波動大、干擾因素多和去除率要求高等現狀，需要進一步研究開發具有創新性的含鉈廢水處理技術，以實現污染物的高效去除。

1 項目概況

某鋼鐵冶金企業擁有3 臺燒結面積為360 m2的燒結機設備。在該廠實際運行過程中，由于鐵礦石和煤炭中均含有一定量的硫化物，因此，在燒結過程中產生的SO2和粉塵問題均較為突出。為解決此問題，該廠使用濕法脫硫工藝對燒結煙氣進行處理，并在濕法脫硫工藝末端增加廢水處理措施，以實現對脫硫廢水的處理。但從實際運行情況來看，該廠既有的廢水處理工藝僅能去除常規的鉛、鋅等重金屬污染物，對于鉈的去除效果較差，導致該廠周邊地表水中鉈離子含量長期超標。對此，該廠技術部門研究決定，采用混凝強化ZTI 重金屬捕集法對既有的廢水處理工藝進行優化設計。

2 含鉈廢水處理工藝流程

結合實際需要并參考已有研究文獻，優化含鉈廢水處理工藝流程[3-4]，如圖1 所示。

圖1 含鉈廢水處理優化工藝整體流程圖

在本次含鉈廢水的處理過程中，首先，將燒結脫硫廢水送入平流沉淀池進行處理，除去顆粒物和結晶體等雜質，并對其溫度和pH 值進行初步調整。然后，將初步處理后的廢水送入反應系統，投加ZTI 重補劑進行反應，反應完成的水進入到物化沉淀池和高效過濾器做進一步深度處理。將深度處理完成的廢水排放至清水池，而反應剩余的污泥則進入到壓濾機中脫水，并將泥餅外運處置。

基于該流程，研究人員進一步開展以下研究工作。

一是進行ZTI 重補劑的自主制備。本次采用改良型DTC 重金屬捕集劑ZTI，由尿素和堿性物質、直鏈小分子胺類物質、SO2和表面活性劑等混合制備而成，各組分的比例如圖2 所示。

圖2 本次重金屬捕集劑ZTI 的組分

從理論角度分析，由于本次自主研發設計的重金屬捕集劑ZTI 將傳統二硫代氨基甲酸鹽（DTC）類重金屬捕集劑與陰離子表面活性劑復配。因此，這種設計能夠降低水溶液的表面張力，對重金屬離子進行選擇性吸附，兩者共同作用捕捉重金屬生成螯合物，進而實現對鉈離子的高效處理。

二是設定運行策略。考慮到實際需要，本次設置將重金屬捕集劑ZTI 原液稀釋10 倍，以10%的濃度投加以進行廢水處理。同時，在投加過程中，利用低流量高揚程的小型離心泵，將稀釋完成后的ZTI 重捕劑從加藥箱中輸入到沉淀反應池的進水管道，再利用加藥管道內的紊流和離心泵葉輪的剪切力，實現ZTI 重捕劑與沉淀反應池進水的充分混合。

三是對相關構筑物進行改造。首先，針對該廠廢水水質波動情況較為突出的現狀，對現有調節池進行優化改進，對原調節池進行加高處理，以承載更多的調節藥劑，加高處理后的調節池尺寸變更為225.0 m×5.3 m×5.0 m，仍采用鋼砼結構進行設計。其次，對壓濾車間進行改造，將其調整為三層結構（見圖3），以實現對污泥水分的充分處理。再次，在清水池上增設化驗室、中控室、配電間和鼓風機房等運行模塊，以上4 個運行模塊均采用框架結構進行設計與布置。

圖3 三層壓濾結構示意圖

四是對本次含鉈廢水處理所使用的部分設備進行更換或調整。首先，將沉淀池的攪拌機械設備進行更換，選用具有變頻調速功能的碳鋼防腐攪拌機，共計配置4 臺，所有設備規格相同，均為1.5 kW。其次，針對廢水提升泵和冷卻塔提升泵進行冗余設計，均設計為3 臺，采用“2 用1 備”的方式進行布置。第三，針對投加重金屬捕集劑ZTI 稀釋液的實際需要，在加藥系統中配置8 套加藥設備，每套設備均由2 臺加藥泵、1 臺溶藥攪拌機和1 套加藥管道組成，同時配備型號為3 t 的電動葫蘆等輔助設備。

3 應用效果測試

在本次含鉈廢水處理工藝設計完成后，對實際應用效果進行測試。本次測試主要分析廢水中鉈的去除率，該指標基于如下方程進行計算：

式中：ρ0和ρ1分別為廢水中鉈的初始質量濃度和處理后的鉈濃度，μg/mL。

為進一步提升檢驗結果的準確性，本次同時配置含鉈標準溶液用于檢測。在此環節中，首先量取鉈標準溶液（1 000 μg/ml）0.2 mL，并定容于50 mL 容量瓶中，以制備質量濃度為4 mg/L 的含鉈離子母液。在得到母液后，分別取母液體積為0.625 mL、3.125 mL、10 mL、12.5 mL 和37.5 mL，均分別在50 mL 容量瓶中進行定容，以分別獲得質量濃度為0.05 mg/L、0.25 mg/L、0.8 mg/L、1 mg/L 和3 mg/L 的標準溶液。在配置完成后，使用電感耦合等離子質譜儀對標準溶液進行檢測，獲得元素標準曲線，如圖4 所示。

圖4 標準曲線圖

從該標準曲線圖中可見，該標準曲線近乎線性。對此，應用最小二乘法進行計算，計算結果顯示，該線性回歸方程為y=0.011 2x+0.007 1，相關系數R2為0.999 9，擬合程度較優，可進一步開展后續的實驗分析。

由此，選取技術改造前和改造后各自一個周期，對含鉈廢水的處理效果進行對比分析，分析結果如表1 所示。

表1 含鉈廢水處理效果對比分析 單位：mg/L

根據上表的數據可見，在應用本次含鉈廢水處理技術后，廢水中的鉈離子含量顯著降低，能夠滿足《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—2012）的相關要求。同時，其他重金屬離子濃度并未出現升高，表明本次含鉈廢水處理技術基本取得了預期效果。

在此基礎上，對實際運行效果進行監督評估，結果顯示，本次工藝新增的構筑物對占地的要求不高，整套工藝對管理及操作人員的技術水平要求不高，可以在不增加過多投資和運行費用基礎上，實現燒結脫硫含鉈廢水達標排放。

4 結語

在本次研究中，基于鋼鐵廠含鉈廢水的處理目標，采用混凝強化ZTI 重金屬捕集法，針對鋼鐵冶金燒結脫硫廢水中的鉈離子進行有效去除。從實際運行情況來看，該方法能有效去除鉈離子和其他主要重金屬離子，且不溶物沉淀速度較快，易于固液分離，具有一定的實際應用價值，可推廣應用。