某有色金属冶炼废水处理工程的设计

夏 璐，梁玉石，黄文九，金 帅

（1.广西民族大学化学与生态工程学院，广西林产品开发与应用重点实验室，化学与生物转化工程新技术广西高校重点实验室，广西 南宁 530006；2.田园生化股份有限公司，广西 南宁 530005）

广西某国有有色冶炼厂主要冶炼锡、锌、铟，污染水源来自锌冶炼浸出工段和硫酸净化工段排水，主要成分为 Zn2+、Cd2+、Cu2+、SS、Pb2+、As2+等，一般废水主要是地面冲洗水、厂区生活废水及部分冷却水。在厂污水处理站，含As硫酸污水先用低pH值铁砷氧化共沉法除As，然后再与锌冶炼污水汇集，进入絮凝、沉淀、压滤等处理工序。污水处理站排出的水与一般废水经厂区下水道管网汇入废水集中处理池进行二段处理，经中和澄清后排出的少量清水打入生产区高位蓄水池返回流程使用。然而实际运行中，该污水处理站排放的水质一直不达标。因此本设计对脱砷后的硫酸废水与锌冶炼废水处理工艺进行改良。

对于重金属废水的处理，生物处理和其他物理化学方法由于成本高、反应条件要求苛刻等原因,难以推广应用[1～3]，中和法是较为常用的方法[4]。该厂废水为强酸性废水,重金属含量高,在废水处理时,pH控制条件要求较为严格。若采用硫化物沉淀法,S2-虽能有效除去金属离子,但易水解产生H2S挥发逸出,造成二次污染。铁氧体法是一种新型处理污水的方法[5],其流程简单,可以回收铁氧体,但能量消耗很大,并且硫酸亚铁的价格高，不经济。本设计采用石灰中和沉淀法[6]，使废水中的重金属离子与石灰乳发生中和反应，生成离子溶度积很小的重金属氢氧化物或碳酸盐沉淀，再经过絮凝沉淀作用去除掉，实现处理后的水质达标排放。

1 水质特点

该有色冶炼厂废水主要由锌冶炼浸出工段和硫酸净化工段排水组成，日排放总量为12×103m3/d，水温10～25 ℃，pH=6～9，废水水质为（mg/L）：SS 141，Cu2+4.57，Pb2+4.81，Zn2+230.25，Cd2+4.22，CODCr232，pH 2.0。

该废水具有水量大、污染物浓度较高、整体呈现酸性等特点,含Zn2+较高。

2 废水处理工艺和主要设施

2.1 废水处理工艺流程

废水处理工艺流程如图1所示。

锌冶炼浸出工段废水和硫酸净化工段排水混合后，首先经格栅，去除水中粗大的漂浮物、悬浮物，再提升至调节池进行水质、水量调节，调节后的废水自流入中和反应槽，在中和反应槽中投加石灰乳，部分石灰乳中和废水中的硫酸，并调整预处理后水的pH值，使石灰乳与重金属离子发生作用，生成难溶性沉淀。悬浊液进入絮凝反应槽，在絮凝反应槽中投加季铵化阳离子聚丙烯酰胺,使悬浮颗粒聚沉。混合液进入沉淀池进行固液分离，上清液送至厂废水处理总站，中和反应槽、絮凝反应槽和沉淀池产生的污泥排至污泥浓缩池进行浓缩。浓缩后的污泥送至污泥脱水间脱水、干化，最后将滤饼送回生产流程分离回收有价重金属。

图1 废水处理工艺流程图

2.2 主要设施及参数

2.2.1 格栅间

格栅为机械清理，地下式[7]。栅槽宽度1.0 m，栅槽总长度3.63 m，栅后槽总高度0.75 m。前端进水渠接厂区污水收集管道，后端出水去调节池。基础作一般处理，结构为钢筋混凝土结构，内部作防水处理。主要设备：链条回转式多耙平面格栅除污机，2台，型号GH-800，电动机功率0.75 kW，格栅净距20 mm，安装角度60°，过栅流速＜1 m/s。

2.2.2 调节池

调节池一座，半地下式，最大有效深度2.5 m，总深度由厂区接入集水池的标高确定。规格12.9 m×12.9 m×3 m，几何容积500 m3，设有i=0.01的坡度。预制桩基础，钢砼结构，环氧树脂防腐处理。主要设备：调节池集水坑内设两台自动搅拌潜污泵，一用一备用，型号 150WLB150-10-7.5[8]。

2.2.3 中和反应系统

投药装置：消解槽一座，地面式，规格3.2 m×3.2 m×3.8 m，几何容积38.92 m3，预制桩基础，钢砼结构。溶液槽两座，地面式，规格3.7 m×3.7 m×4.3 m，几何容积58.38 m3，预制桩基础，钢砼结构。混合池一座，地面式，规格7.9 m×7.9 m×4.0 m，几何容积250 m3，预制桩基础，钢砼结构。内部均进行环氧树脂防腐处理。

考虑到药剂中常含有影响中和反应的杂质（如金属离子等），并且中和反应混合不均匀，因此中和剂的实际耗量是理论值的1.1～1.2倍。药剂总耗量385.31 kg/h。

2.2.4 絮凝池

采用垂直轴式机械絮凝池，半地下式，最大有效深度为3 m，总深度由厂区接入集水池的标高来确定。每格规格2.5 m×2.5 m×4.7 m，几何容积83 m3，预制桩基础，钢砼结构，池内部作防水处理。一组设计两个池子，每池的设计流量Q=250 m3/h，每个絮凝池分为三格，每一格设置一台搅拌设备，分格隔墙上过水孔道上下交错布置。

2.2.5 沉淀池

选用斜板沉淀池两座，一用一备，半地下式，泥斗最低端深6.84 m，总深度由厂区接入集水池的标高来确定。池长8.5 m，池宽6.0 m，基础为预制桩基础，结构为钢筋混凝土结构，池内部作防水处理。斜板采用蜂窝六边形塑料，板厚0.4 mm，管的内切圆直径25 mm，斜管倾角60°。进口采用穿孔墙配水，穿孔流速0.1 m/s。集水系统采用淹没孔集水槽，共8个，集水槽中距为1.1 m。排泥系统采用穿孔管排泥，V型槽边与水平成45°，共设8个槽，槽高80 cm，排泥管上装快开闸门。

2.2.6 污泥浓缩池

选用辐流式浓缩池一座，半地下式，泥斗最低端深4.5 m，半径7.8 m。基础为预制桩基础，结构为钢筋混凝土结构，池内部作防水处理。采用GZX悬挂式中心驱动刮泥机，型号GZX-4。GZX系列刮泥机由驱动机构、传动器、刮壁刮板等部分组成，采用悬挂式中心驱动结构，减速比大，运转稳定。

2.2.7 污泥脱水系统

选用带宽2.0 m的滚压带式压滤机3台，其中一台备用。

2.3 主要构筑物的高程

2.3.1 高程的计算

为了节约能源和减少投资，在本设计中，整个污水处理只采用一次提升。污水经过格栅后用水泵提升入调节池，然后依次自流至中和反应槽、絮凝池、沉淀池。据相关资料，临近污水处理厂的规划路路面标高大约为45.0 m。根据实地情况和历年最高洪水位，取出水口的高程为45.5 m，出水管末端采用0.5 m跌水。

2.3.2 系统高程流程

系统高程流程示意图如图2所示。

图2 系统高程流程示意图

3 效果

3.1 达到的效果

废水经处理以后，悬浮物、CODCr及各种重金属能够有效地被去除，去除率在94.57%～99.74%之间，水质达到《国家污水综合排放标准》（GB8978－1996）第一、二类污染物最高允许排放浓度一级标准，见表1。

表1 进出水水质及排放标准

3.2 经济效益分析

每年电费33.92万元，人工费约36.0万元，药剂费258.52万元，水费6.57万元，泥饼外运费用2.482万元，年维修费约48万元，管理费7.4万元，合计年运行费用404.69万元[9]。

设计处理水量为12 000 m3/d，预计每处理1 m3污水的运行费为0.924元。

4 结论与建议

4.1 结论

通过上述设计方案分析，确定以下结论：

（1）该项目符合国务院《建设项目管理规定》要求，在政策上可行；

（2）工艺技术成熟可靠，适用性强；

（3）流程和设备设计简单，选型优良,操作方便，自动化程度高，工作环境较清洁；

（4）工艺投资与运行费用低，收益明显；

（5）经处理，水中悬浮物、CODCr及各种重金属有很好的去除率，去除率在94.5%～99.74%之间，水质达到《国家污水综合排放标准》（GB8978-1996）第一、二类污染物最高允许排放浓度一级标准。

4.2 建议

在有色冶炼行业中化学沉淀法是最古老、最有效的重金属离子废水处理工艺。工程中使用的沉淀药剂是氢氧化物，而用氢氧化物作沉淀剂存在如下问题，应作相应处理：

（1）处理后水pH值高，需要中和后才可排放;（2）废水中有些阴离子和有机物易与重金属形成络合物，中和之前需经预处理;

（3）部分重金属离子的氢氧化物颗粒小，不易沉淀，应进行二次沉淀。

[1] 刘绍忠.电化学法处理重金属废水的应用研究[J].工业水处理，2010，30（2）：86-88.

[2] 冯秀娟,成先雄.改性稀土渣处理含镉废水的研究[J].中国有色冶金，2008,（1）:45-47.

[3] 马 前，张小龙.国内外重金属废水处理新技术的研究进展[J].环境工程学报，2007，1(7):10-14.

[4] 钟竹前，梅光贵，贺青蒲等.废水中和水解净化的理论分析[J].中国有色冶金，1981,（3）：36-42.

[5] 鲁栋梁，夏 璐，温堡林.铁氧体法处理含铜、锌、镉重金属废水的实验研究[J].金属矿山，2009，（2）：154-156，167.

[6] 陆智谋.重金属离子废水的石灰中和沉淀处理[J].工业用水与废水，1990，(1):15-24.

[7] 尹士君,李亚峰主编.水处理构筑物设计与计算[M].北京：化学工业出版社，2007.

[8] 史惠祥主编.实用环境工程手册（污水处理设备）[M].北京：化学工业出版社，2002.

[9] 王利平主编.水工程概预算与技术经济评价[M].北京：化学工业出版社，2003.