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_某有色金属企业污水处理厂污水处理工艺_图文

环境工程

2010 年 8 月第 28 卷第 4 期

9

*
某有色金属企业污水处理厂污水处理工艺

边德军1,2 任庆凯1 田 曦1,2 李广柱1
(1. 长春工程学院水利与环境工程学院,长春 130012; 2. 东北师范大学 城市与环境科学学院,长春 130024)

摘要:对有色金属冶炼过程中产生的废 水 按 特 征 因 子 的 不 同 进 行 分 质 处 理 。 其 中,高 浓 度 氨 氮 废 水 采 用 三 级 氨 氮 吹 脱、吸收工艺进行脱氨预处理;含砷酸性废水采用三段中和 - 铁盐混凝法预处理;经预处理废水混合后,采用石灰法 分 级沉淀处理废水中重金属离子;然后根据各单位对回用水 水 质 的 不 同 要 求 ,对 废 水 进 行 深 度 处 理,实 现 了 污 水 处 理 后 全部回用,污水零排放的目的。并且对污水中的氨、石膏、镍 等 资 源 进 行 回 收 利 用 ,为 企 业 降 低 了 运 行 成 本,并 且 防 止 了二次污染。 关键词:冶炼废水;分质处理;分级沉淀;深度处理;回用

THE PROCESS OF WASTEWATER TREATMENT PLANT OF A NON-FERROUS METAL SMELTING ENTERPRISE
Bian Dejun1,2 Ren Qingkai1 Tian Xi1,2 Li Guangzhu1 (1. School of Water Conservancy and Environmental Engineering,Changchun Institute of Technology,Changchun 130012,China;
2. School of Urban and Environment Science,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)

Abstract: Different methods are used to treat different wastewater according to the characteristics factor of wastewaters,which are discharged from the production of non-ferrous metal smelting. High concentration ammonia-nitrogen wastewater is pretreated for nitrogen removal by three-stage ammonia-nitrogen air stripping and absorption process. Arsenic acid wastewater is pretreated by three-stage neutralization- ferrate coagulation method. After pretreatment,the wastewaters are mixed. The fractional precipitation of heavy metal ions in the wastewater is carried out by the lime method. Then according to the different requirements of the reuse water of different production unit,an advanced treatment of the wastewater is done. All wastewater after treatment are reused and the waste water zero discharge is realized. Ammonia,plaster and nickel in the wastewater are recycled. This reduces the operation cost of the enterprise and avoids the second pollution. Keywords: metallurgical wastewater; pretreatment separately according to quality; fractional precipitation; advanced treatment; reuse

0 引言 某 有 色 金 属 企 业 是 集 采 矿 、选 矿 、冶 金 、化 工 为 一
体 ,生 产 镍 、铜 、钴 及 相 应 的 盐 类 产 品 的 大 型 有 色 金 属 企业。该企业现有污水处理设施已处于超负荷运行 状态。
为 此 ,该 企 业 拟 新 建 污 水 处 理 厂 处 理 来 自 该 企 业 各 生 产 单 位 排 出 的 多 种 污 水,污 水 总 量 为 1 940 m3 / d。该 项 目 建 设 目 标 是: 一 方 面 污 水 经 过 处 理后,达到企业回 用 标 准 进 行 回 用;另 一 方 面 对 污 水 中重金属镍 等 资 源 进 行 回 收 利 用,为 企 业 降 低 运 行 成本。
* 新世纪优秀人才支持计划( NCET-08 -0689 ) 。

1 废水水质分析及回用水质要求 1. 1 废水水质、水量情况
各生产单位废水水量、水质情况如表 1 所示。依 据 废 水 分 质 处 理 的 原 则 ,可 以 将 各 生 产 单 位 排 出 的 废 水分为 4 大类:1) 高 浓 度 氨 氮 废 水,包 括 公 司 1 及 公 司 2 废水;2) 高浓 度 含 砷 废 水,包 括 废 酸 处 理 后 液 及 公司 1 废水;3) 酸性废水,包括场面污水、废酸处理后 液及电炉脱硫废水;4 ) 其 他 生 产 废 水,包 括 共 6 个 生 产单位排出的废水,这 6 种 废 水 的 水 质 比 较 相 似,主 要污染物为镍等重金属及悬浮物( SS) 。 1. 2 回用水水质、水量要求
根 据 各 生 产 单 位 对 回 用 水 水 质 的 要 求 ,可 将 回 用

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水分为三种。各种回用水的水质指标如表 2 所示。
表 1 工艺设计进水水质、水量

指标

水 量 / ( m3·d - 1)

ρ( Ni) / ( mg·L - 1)

ρ( Pb) ( mg·L - 1)

ρ( Cd) / ( mg·L - 1)

ρ( As) / ( mg·L - 1)

ρ( COD) / ( mg·L - 1)

ρ( 氨氮) / ( mg·L - 1)

ρ( SS) /( mg /L)

ρ(

SO

2 4





/



g·L



1)

ρ( Na - ) / ( g·L - 1)

ρ( Fe) / ( mg·L - 1)

pH

公司 公司 废酸 电炉 场面 其他

1

2 后液 脱硫 废水 废水

40

60 200 150 150

1 340

3. 20 2. 16 6. 96 — 100 9. 54 ~ 17. 14

0. 91 0. 79 —



— 0. 61 ~ 0. 81

0. 54 0. 26 2. 16 — 0. 21 0. 04 ~ 0. 24

123 0. 01 60



— 0. 06 ~ 0. 45

37

98





— 538 ~ 1 071

825 3 753 —



— 4. 63 ~ 6. 93

921 3 089 —

— 5 908 512 ~ 1975

19. 2 38. 8 67. 2 67. 8 3. 0 4. 29 ~ 51. 1

— 0. 39 —



— 0. 12 ~ 3. 69



— 1 966 — 390



8. 7 12. 5 0

0

1. 2 3. 1 ~ 7. 8

表 2 回用水水质指标

水质指标 ρ( Pb) / ( mg·L - 1 ) ρ( Cd) / ( mg·L - 1 ) ρ( As) / ( mg·L - 1 ) ρ( COD) / ( mg·L - 1 ) ρ( 氨氮) / ( mg·L - 1 ) ρ( SS) / ( mg·L - 1 ) pH 电导率

回用水 1 ≤0. 01 ≤0. 001 ≤0. 05
≤15 ≤1. 5
0 6 ~9 ≤0. 2

回用水 2 ≤0. 05 ≤0. 005 ≤0. 05
≤30 ≤1. 5
0 6 ~9 无要求

回用水 3 ≤0. 1 ≤0. 01 ≤0. 1 ≤30 ≤1. 5 0 6 ~9 无要求

2 废水处理工艺

2. 1 废水预处理工艺

2. 1. 1 高浓度氨氮废水预处理

该企业排出的废水中含高浓度氨氮污水有两种, 合计 废 水 量 Q = 100 m3 / d,混 合 后 pH 值 为 12. 28,

ρ( NH3 -N) 为2 582 mg / L,如 不 进 行 单 独 脱 氮 预 处 理, 直接与该企业其他生产单 位 排 出 的 含 有 高 浓 度 Ni、

Cd 等重金属的 废 水 混 合,重 金 属 离 子 与 氨 氮 将 生 成 稳定的 金 属 络 合 离 子[1],为 其 处 理 带 来 一 定 困 难。

所以需对上述两个生产单位排出的废水进行单独脱

氮预处理。

本 项 目 采 用 三 级 氨 氮 蒸 汽 、空 气 吹 脱 法 去 除 废 水

中 的 氨 氮 ,通 过 清 水 淋 洗 吸 收 吹 脱 出 来 的 氨 气 来 回 收

氨水。在 二、三 级 吹 脱 前 采 用 石 灰 乳 碱 化 废 水,控 制

pH 值 > 11,使 水 中 的 氨 氮 基 本 上 以 NH3 的 形 式 存

在,同 时 废 水 中 的

SO

2 4



与石灰乳中

Ca2 + 反 应 生 成

CaSO4

沉 淀 ,去 除 了 废 水 中 大 部 分

SO

2 4



,以





SO

2 4



对氨氮吹 脱 的 影 响[2],提 高 了 氨 吹 脱 效 率。 在 石 灰

乳碱 化 废 水 过 程 中 产 生 的 CaSO4 沉 渣,可 用 来 回 收石膏。

由于公司 1 废水中不仅含有高浓度的氨氮,而且

含有高浓 度 的 砷 (123 mg / L) ,所 以 经 脱 氨 处 理 后 的

废水还需要与其他高浓度含砷废水混合进行除砷。

2. 1. 2 高浓度含砷废水预处理

砷 及 其 化 合 物 是 毒 性 极 强 的 污 染 物 ,对 于 有 色 金

属冶炼行业排放的含高浓度砷的废水安全再利 用,除 砷是不可缺少的 关 键 环 节[3]。 将 高 浓 度 含 砷 废 水 进

行 单 独 预 处 理 后 ,再 与 该 企 业 其 他 生 产 废 水 混 合 进 行

下一步处理,可提 高 回 收 有 色 金 属 的 品 位,防 止 砷 在

系统中循环积累。 根据石 灰 铁 盐 法 的 原 理[4],结 合 本 项 目 中 废 酸

后液废水中铁离子含量较高( ρ( Fe) / ρ( As) 为 33) 的

特点,因此采用三段中和 - 铁盐混凝法处理含砷废水

工艺。

一段中和,加入 CaCO3 将废酸后 液 废 水 pH 调 至

2. 5,使 CaCO3

与原水中

SO

2 4



反 应,生 成

CaSO4



淀,去除废水中大部分 SO24 - 。在 pH 值为 2. 5 的条件

下,废水中的铁和 三 价 砷 基 本 不 会 形 成 沉 淀,只 有 少

量 五 价 砷 会 形 成 难 溶 性 盐 而 进 入 沉 渣 中 。 所 以 ,可 以

利用产生的 CaSO4 沉渣来回收石膏。 二段中和,用石灰乳调 pH 值至 10. 5,鼓风搅拌,

利用废水中同时 含 有 砷 和 铁,且 铁 砷 比 较 高 的 特 点,

使废水中的砷生成溶解度很小的砷的铁盐沉淀。另 外 Fe3 + 的水解产物 Fe( OH) 3 胶 体,可 以 吸 附 并 与 废 水 中 的 砷 反 应 ,生 成 难 溶 盐 沉 淀 而 将 其 除 去 。 因 此 本

阶 段 可 以 去 除 废 水 中 全 部 五 价 砷 ,大 部 分 三 价 砷 及 铁

离子。

三 段 中 和,用 石 灰 乳 调 pH 值 至 9. 5,并 加 入

FeSO4 控制 ρ( Fe) / ρ( As) 为 15,鼓 风 搅 拌,进 一 步 去 除废水中的三价砷。

2. 1. 3 酸性废水预处理

需进行预处理的酸性废水包括场面污水和电炉

脱 硫 废 水 ,其 中 场 面 废 水 中 含 有 大 量 的 粉 尘 等 无 机 颗

粒杂质,因此先将 其 进 行 絮 凝 沉 淀,然 后 再 将 其 与 电

炉脱 硫 废 水 混 合,加 入 CaCO3 将 混 合 废 水 pH 调 至

2. 5,使 CaCO3

与原水中

SO

2 4



反 应,生 成

CaSO4



淀,去除废水 中 大 部 分

SO

2 4



,沉 渣 可 用 于 回 收 石 膏。

在 pH 值为 2. 5 的条件 下,废 水 中 的 镍 基 本 不 发 生 沉

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淀,可以减少本阶 段 预 处 理 镍 的 损 失,以 便 下 一 步 对

其进行回收处理。

2. 1. 4 其他生产废水预处理

其他生产废水在去除重金属并回收镍之前对其

进行除悬浮物( SS) 预处理,以利于镍的回收。

聚丙烯酰 胺 ( PAM) 是 一 种 有 机 高 分 子 絮 凝 剂,

由许多 CH2 = CH—CONH2 结 构 单 元 联 结 而 成,通 过 其高分子的长链把污水中的许多细小颗粒吸附后缠

在一起而形 成 架 桥。 与 无 机 絮 凝 剂 相 比,PAM 具 有

用量少、絮 凝 能 力 高、效 果 好、絮 凝 体 粗 大、沉 降 速 度 快,废水中共存离子及 pH 值 影 响 较 小 等 优 点[5]。 目

前该企业废 水 处 理 站 悬 浮 物 去 除 率 在 80% 左 右,并

可同时去除部分 COD。

2. 2 石灰法分级沉淀处理

先将经预处理 的 全 部 11 种 污 水 混 合,然 后 采 用

石灰法分级沉淀回收镍并去除重金属离子。

石灰法分级沉淀是利用不同金属氢氧化物在不

同 pH 值下沉淀析出的特 性,依 次 沉 淀 回 收 各 种 金 属

氢 氧 化 物 。 沉 淀 法 处 理 重 金 属 废 水 具 有 流 程 简 单 ,处 理效果好,操 作 管 理 便 利,处 理 成 本 低 廉 的 特 点[5],

是目前应用最为广泛的一种处理重金属废水的方法。

混合废水 中 主 要 重 金 属 Ni、Pb、Cd 的 氢 氧 化 物 溶度积 ( K sp ) 分 别 为 2. 0 × 10 - 15 、1. 2 × 10 - 15 、2. 2 × 10 - 14 ,混合废 水 经 PAM 絮 凝 处 理 后 ρ ( Ni) 、ρ ( Pb ) 、

ρ( Cd) 分别为:10,0. 3,0. 15 mg / L。 一级沉淀用 石 灰

水调 pH 值 至 8. 0,可 以 去 除 80% 以 上 的 Ni,其 他 重

金属离子 Pb、Cd 等 由 于 其 溶 度 积、浓 度 及 羟 基 配 合

作 用 的 关 系 ,基 本 不 发 生 沉 淀 。 二 级 沉 淀 用 石 灰 水 调

pH 值至 11,并加 入 FeSO4 ,鼓 风 搅 拌,去 除 大 部 分 剩 余的镍及其他重金属。

2. 3 废水深度处理工艺

2. 3. 1 臭氧氧化去除有机物

臭氧氧化去除有机物的基本原理是:O3 在高 pH

值溶 液 中,离 解 成

HO

- 2

,该







O3

反应诱发产生

多种自由基,尤 其 是 氧 化 能 力 强 的 HO·,使 溶 解 或 分

散于水中的有机 物 氧 化 成 新 的 HO·,成 为 引 发 剂,诱 发后面的 链 反 应[6]。 臭 氧 作 为 一 种 强 氧 化 剂,能 与

废水中存在的大多数有机物和微生物以及无机物迅

速发生反应,因此 可 用 于 除 去 水 中 的 色 度、难 降 解 的 有 机 物 ,且 具 有 杀 菌 消 毒 的 作 用[5 ]。

本项目废水经预处理及分级沉淀去除重金属后,

ρ( COD) 为 200 mg / L 左右,其中有毒物质及难降解有

机物含量较高,且 废 水 pH 值 较 高,所 以 适 合 采 用 臭

氧氧化法处理。

2. 3. 2 活性炭吸附处理

本阶段主要是利用活性炭吸附废水中剩余的悬

浮物、重 金 属、有 机 物 等 污 染 物。活 性 炭 吸 附 后 再 经

微滤设 备 过 滤,出 水 可 达 表 2 中 回 用 水 2 的 水 质

要求。

2. 3. 3 膜过滤除盐处理

本 阶 段 是 将 经 过 活 性 炭 吸 附 的 出 水 ,利 用 反 渗 透

膜进行过滤,除 去

Na +

、SO

2 4



等 离 子,使 出 水 电 导 率

达 0. 2,符合回 用 水 1 的 水 质 要 求。 分 离 出 的 浓 水,

符合回用水 3 的水质标准。

2. 4 泥渣处理

污水处理过程 中 产 生 的 污 泥、镍 渣、砷 渣 和 重 金

属渣,分别用板框 压 滤 机 进 行 脱 水 处 理,其 中 镍 渣 脱

水处理后的泥饼回用冶炼。

CaSO4 沉 渣,经 浓 缩 机 和 离 心 分 离 机 脱 水 处 理 后 ,回 收 石 膏 。

3 工艺设计方案

3. 1 工艺流程

工艺流程如图 1 所示。

图 1 污水处理工艺流程

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3. 2 工艺参数 1) 普通沉淀:沉淀表面负荷1 m3 / ( m2·h) 。

中氨及污水处理过程中产生的副产品 CaSO4 进行了 回收利用。

2) 絮 凝 沉 淀: 混 合 时 间 1 min,絮 凝 反 应 时 间 30 min,沉淀表面负荷1 m3 / ( m2·h) 。

3) 根据 石 灰 铁 盐 法 的 基 本 工 作 原 理,结 合 本 项 目 中 酸 性 含 砷 废 水 中 铁 离 子 含 量 较 高 的 特 点 ,设 计 了

3) 过滤:过滤设备自动控制反冲洗,反冲洗水来自 三段中和 - 铁盐 混 凝 法 处 理 含 砷 酸 性 废 水 工 艺。 在

回用水池,反冲洗排水至废水调节池。滤速 8 m / h。 4) 三级氨 吹 脱、吸 收 法 脱 氨: 一 级 氨 吹 脱,废 水
pH 值为 12. 28;二、三级 氨 吹 脱,加 入 石 灰 乳 通 过 pH

投加铁盐量很少 的 情 况 下,达 到 了 较 高 的 除 砷 效 率,

同时去除了废水中大部分铁及

SO

2 4





4)采用石灰法分级沉淀处理混合废水中重金属

计自动 控 制,将 pH 值 控 制 在 11,气 液 比 为 2 900 ~ 3 600,水力负荷为6 m3 / ( m2·h) 。

离 子 ,在 去 除 大 部 分 重 金 属 离 子 的 同 时 还 可 以 回 收 金 属 镍 ,为 企 业 降 低 了 运 行 成 本 ,并 且 防 止 了 二 次 污 染 。

5) 三段中和 - 铁 盐 混 凝 法 除 砷:一 段 中 和,加 入

5) 根据 各 单 位 对 回 用 水 质 的 不 同 要 求,采 用 了

CaCO3 将原水 pH 值调至 2. 5;二段 中 和,用 石 灰 乳 调 pH 值至 10. 5,ρ( Fe) / ρ( As) 为 30 左右,鼓风搅拌;三

活 性 炭 和 活 性 炭 加 膜 过 滤 两 种 污 水 末 端 处 理 方 式 ,使 污水处理后全部 回 用,达 到 了 污 水 零 排 放 的 目 的,不

段中和,用石灰乳调 pH 值至 9. 5,并加 入 FeSO4 控 制 ρ( Fe) / ρ( As) 为 15,鼓风搅拌。混合时间为 3 min,反 应时间为 30 min,沉淀表面负荷 1 m3 / ( m2·h) 。
6) 中 和 沉 淀: 加 入 CaCO3 将 原 水 pH 值 调 至 2. 5,混合时间 3 min,反应时间 30 min,沉淀表面负荷 1 m3 / ( m2·h) 。
7) 石灰法分级沉淀除重金属:一级沉淀调 pH 值 至 8;二级 沉 淀 调 pH 值 至 11,加 入 FeSO4 鼓 风 搅 拌。 混 合 时 间 3 min,反 应 时 间 30 min,沉 淀 表 面 负 荷1 m3 / ( m2·h) 。 4 结论
1) 根据 废 水 分 质 处 理 的 原 则,对 高 浓 度 氨 氮 废 水、含砷废水等进 行 单 独 预 处 理,降 低 了 混 合 废 水 处 理 难 度 ,并 提 高 了 镍 的 回 收 率 。
2) 采用 三 级 氨 氮 吹 脱、吸 收 工 艺 处 理 高 浓 度 氨 氮 废 水 ,提 高 了 去 除 氨 氮 的 效 率 和 稳 定 性 。 并 对 污 水

仅节约了大量水 资 源,降 低 了 企 业 的 运 行 成 本,而 且 防止了对该地区水体及地下水的污染。

参考文献

[1 ] 戴树桂. 环境化学[M]. 北京:高等教育出版社,1996. [2 ] 王忠兰. 普通化学[M]. 沈阳:辽宁科学技术出版社,1994. [3 ] 闵世俊,曾英,韩璐. 含 砷 工 业 废 水 处 理 现 状 与 进 展[J]. 广 东
微量元素科学,2008 ,15 (8 ) :1 -6 . [4 ] 何少先,孙石,龚光碧. 净 化 去 除 酸 性 废 水 中 不 同 价 态 砷 的 研
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社 ,1998 . [6 ] 庄汉平,傅 家 谟,盛 国 英,等. 水 处 理 过 程 中 的 深 度 氧 化 技 术
[J]. 中山大学学报论丛,1997 (5 ) :183 -188 .

作者通信处 边德军 130012 吉林省长春市红旗街 2494 号 长春

工程学院水环学院

电话 (0431)85711567

E-mail ccgcxybdj@ 163. com

2009 - 10 - 27 收稿

櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

联合国呼吁各国发展清洁能源

联合国秘书长潘基文的能源和气候变化问题高级顾问团近日 发 布 一 份 报 告 ,呼 吁 世 界 各 国 大 力 发 展 清 洁 能 源 ,推 广 使 用 清 洁能源和提高能源利用效率。
潘基文在报告发布仪式上发表讲话说,能源问题与未来全球气候、可持续发展、经济增长和减贫事业息 息 相 关。 随 着 发 展 中 国 家 的 能 源 需 求 快 速 上 升 和 发 达 国 家 急 需 减 少 温 室 气 体 排 放 ,世 界 需 要 开 展 一 场“清 洁 能 源 革 命 ”。
这份报告显示,世界上 60% 的温室气体来自于生产、运送和使用能源的过程。地球上约 30 亿人每天仍依靠传统的生物燃料 做饭和取暖,约 15 亿人日常生活中没有电。报 告 指 出,可 靠 和 廉 价 的 电 力 供 应 对 于 确 保 经 济 增 长 和 实 现 千 年 发 展 目 标 至 关 重 要 。 报 告 呼 吁 世 界 千 国 在 普 及 使 用 能 源 主 面 设 立 国 家 级 目 标 ,并 制 订 相 应 的 计 划 和 创 造 必 要 的 环 境 。
报 告 认 为 ,推 广 使 用 清 洁 能 源 和 提 高 能 源 利 用 效 率 ,将 是 事 关 全 球 减 贫 事 业 和 应 对 气 候 变 化 能 否 成 功 的 关 键 。 报告还说,各国应为耗电产品和设备制订统一的技术标准,加快转让知道产权,鼓励私人资本投资于提 高 能 源 利 用 效 率。 如 果推行报告所建议的措施,全球用于单位国内生产总值的能源肖耗每年将减少 2. 5% 。


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