生物制剂处理含重金属废水工艺研究

刘海波

(湖南水口山有色金属集团有限公司,湖南衡阳 421000)

生物制剂处理含重金属废水工艺研究

刘海波

(湖南水口山有色金属集团有限公司,湖南衡阳 421000)

针对湖南水口山有色金属集团有限公司第六冶炼厂废水中铜、铅、镉、砷、锌等重金属浓度高、波动大、难以处理等特点,在对废水水质调研的基础上,研究了生物制剂对重金属废水的处理效果,考察了生物制剂加入量、废水pH值、反应时间等因素对处理效果的影响。研究表明,在生物制剂的投加量为5.75～11.5 L/m3,废水pH值为10～10.5,络合反应时间为20 min,搅拌反应时间为30 min时处理效果最好,处理后出水中Zn、Cu浓度降低到0.5 mg/L,Cd、As、Pb浓度分别降低到0.01 mg/L、0.03 mg/L和0.05 mg/L以下,均可以达到国家《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010),实现重金属离子的深度脱除。

重金属;废水;污染治理;工业实验

随着工业技术的发展,大量的有毒有害的重金属废水以各种形态排放出来,严重危害着人类健康。我国大部分企业废水处理方法主要以石灰中和法为主,由于氢氧根离子与重金属离子结合的溶解度有差异,很难达到多复杂离子同时一步去除的效果,为了更好地治理工业废水污染,控制重金属废水的排放,急需开拓新的重金属废水处理方法。

本文以湖南水口山有色金属集团有限公司第六冶炼厂(以下简称水口山六厂)与中南大学开发的“重金属废水生物制剂直接深度处理新工艺”对含有铅、锌、砷、镉、铜等复杂重金属废水的处理有明显的效果。在优化工艺条件下可使 Zn2+、Cu2+脱除到0.5 mg/L以下,Cd2+、Pb2+脱除到0.01 mg/L、0.05 mg/L以下。

1 实验

2011年8月～9月1日在水口山六厂现有设施上进一步连续工业化运行调试,运行期间,废水流量为400 m3/d。

1.1 工艺流程

工业运行期间,金、银、锑、铋等车间产生的废水汇入3号池(有效容积300 m3),其它车间酸性废渣首先进入一次中和池后加入石灰将废水渣pH值调至10混合一段时间,经废渣泵打入压滤机压滤,滤液也流入3号池。生物制剂法直接处理3号池废水采用批次反应池处理。废水打入批次反应池(有效容积40 m3)后,每池废水加入硫化钠1.5 kg,待水满后搅拌15 min。再于每池加入生物制剂0.023～0.046 m3,络合反应诱导生成生物配合物,络合20 min之后,使用石灰乳调节pH值至10～10.5,使得形成的生物配体胶团絮凝长大,搅拌30 min后加入PAM。直接将处理后的水经提升泵打入斜管沉淀池沉淀渣液分离,上清液可直接排出,渣则进入板框压滤机压滤渣外运利用处置。具体的流程如图1所示。

1.2 试验药剂与沉降原理

工业试验使用的是由中南大学环境工程研究所提供的生物制剂,该药剂是一种富含羟基的胶态粒子,羟基中氧原子的电子结构是1s22s22py′2pz′,氧原子外层的电子为sp3杂化状态,其中有两个未共用的电子对占据两个sp3杂化轨道,可与重金属离子成键形成生物配合物。生物制剂在pH值3～4时开始水解,诱导生物配位体形成的“胶团”长大,并形成溶度积非常小的、含有多种元素(如Be、Mn、Si、Mg、Al、O、S、Pb、Cd、Ca、Fe、C、Cu、Zn)的非晶态的化合物,从而使重金属离子高效脱除。

图1 工业连续化运行工艺流程图

1.3 设备连接图

工业试验设备连接图如图2所示。

图2 工业调试设备连接图

2 去除效果分析

2.1 锌离子脱除效果

生物制剂法处理对锌离子的脱除效果如图3。运行期间,废水中锌离子浓度波动范围较大,且无规律,从5.24 mg/L到0.13 mg/L不等,均值为1.94 mg/L,原水锌含量如图中所示。由图3中可以明显看出工业试调试过程中生物制剂的加入量能适应废水中锌离子浓度的波动,经生物制剂处理后废水中锌离子得到深度脱除,净化水中锌离子的浓度样品分析数据均低于1.0 mg/L,其中均值为0.201 mg/L,满足《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010),锌≤1.5 mg/L。

图3 废水生物制剂处理新方法对锌离子脱除效果影响

2.2 铅离子脱除效果

运行期间,废水中铅离子浓度波动范围较大,且无规律,废水中铅离子的浓度变化范围为1.621 mg/L到0.08 mg/L,均值为0.3 mg/L,原水铅含量如图4所示。生物制剂法对铅离子的脱除效果如图4所示。由图4可以看出,经生物制剂处理后废水中铅离子去除效果很好,净化水中铅离子均值为0.007 6 mg/L,而且工业试调试过程发现生物制剂的加入量能适应废水中铅离子浓度的波动,处理后废水铅含量均低于《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010),铅≤0.5 mg/L。说明生物制剂在优化条件下对铅离子具有比较理想的去除效果。

2.3 铜离子脱除效果

运行期间,废水中铜含量波动范围很大,从29.65 mg/L到0.72 mg/L不等,均值为5.35 mg/L。且废水中存在大量的氨氮导致废水的pH值很难调整,对废水的铜离子的脱除带来一定的难度,生物制剂法处理对铜离子的脱除效果如图5所示。由图5可以看出工艺调整之前废水出水含铜存在波动,通过几天的调整发现废水中铜离子残余含量受出水水解终点pH值影响较大。8月23日稳定运行以来,反应池出水控制废水生物制剂水解终点pH值10.5～11.5之间所有批次反应池出水铜离子浓度均在0.5 mg/L以下,低于国家《铅、锌工业污染物排放标准》(G B25466-2010)铜离子含量≤0.5 mg/L,通过这次连续化工业运行发现需要严格控制好每一槽废水的pH值,防止整个沉淀池的水质受到某一槽废水的污染,才能保证4号清水池中铜离子的连续达标排放。

图4 废水生物制剂处理新方法对铅离子脱除效果影响

图5 废水生物制剂处理新方法对铜离子脱除效果影响

2.4 镉离子脱除效果

运行期间,废水中镉离子的浓度波动范围为2.08 mg/L到0.018 mg/L,均值为0.13 mg/L,生物制剂直接深度处理对镉离子的脱除效果如图6所示,处理后废水镉含量均低于0.05 mg/L,满足《铅、锌工业污染物排放标准》(G B25466-2010)的限值要求。

图6 废水生物制剂处理新方法对镉离子脱除效果影响

2.5 砷离子脱除效果

运行期间,废水中砷含量最高为5.44 mg/L,原水砷含量及生物制剂直接深度处理新工艺处理后净化水中砷浓度如图7所示。由图7可知净化水中砷浓度均低于0.3 mg/L,说明生物制剂新工艺对重金属废水中砷有较好的脱除效果,净化水中砷浓度远低于《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010),砷含量≤0.3 mg/L。

图7 废水生物制剂处理新方法对砷离子脱除效果影响

3 结 论

水口山六厂重金属废水生物制剂直接深度处理新工艺工业调试得到如下结论:

1.抗重金属冲击负荷强,净化高效。生物制剂直接深度处理新工艺抗重金属冲击负荷强,废水中重金属浓度波动很大,且无规律,铜0.72～29.65 mg/L,铅0.08～1.62 mg/L,镉0.018～2.08 mg/L,砷0.07～5.44 mg/L,锌0.13～5.24 mg/L。生物制剂直接深度处理新工艺对重金属的净化高效,8月20日至9月期间,所有数据统计显示:净化水中铜离子 0.008～2.21 mg/L,均值为 0.248 mg/L;铅0.001～0.048 mg/L,均值为 0.007 6 mg/L;镉0.001～0.045 mg/L,均值为0.009 mg/L;砷0.001～0.027 mg/L,均值为0.009 9 mg/L;锌0.001～0.897 mg/L,均值为0.222 mg/L;除个别样品由于石灰供应不足未将pH值调节到位导致数据波动外,所有样品均远低于《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)。

2.渣的资源化。根据试验期间数据统计,处理400 m3/d的废水处理产生的渣每天约3.5 t,主要是由无定形的重金属离子生物配合体及碳酸钙晶体组成,渣含水率56.3%,含铅0.5%,含Cu 0.3%,含As 0.6%,含Ag 63 g/t。该渣可以选择进入公司富氧底吹炼铅系统配料使用,从而实现渣的资源化。

3.工业参数可全自动控制。重金属废水生物制剂直接深度处理工艺过程可以采用工业上成熟的自动化控制技术,能有效降低劳动强度,提高生产效率,保证废水处理效果,操作简单,便于控制。

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[5] 盂祥和,胡国飞.重金属废水处理[M].北京:化学工业出版社,2000.

Study of Heavy Metals Waste Water Treatment with Biological Agent

LIU Hai-bo
(Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Group Co.,Ltd,Hengyang421000,China)

Based on the problem of high concentrations of heavy metals,such as Cu,Pb,Cd,As,Zn,in the waste water of the sixth smelting plant of Shuikoushan Nonferrous Metals Group,it employed biological agent to treat the waste water which contains high concentrations of heavy metals.The effects of biological agent dosage,pH, and reacting time on the heavy metals removal rates were investigated.The results showed that with the dosage of biological agent at 5.75～11.5 L/m3,pH at 10～10.5,complexation time 20 min,and stirring time 30 min,the heavy metals removal rates reached the highest,and the concentrations of Zn,Cu dropped to 0.5 mg/L Cd,As, which was Pb dropped to 0.01,0.03,0.05 mg/L respectively,which was lower than the emission standard of Lead and zinc industry pollutants.

heavy metals;waste water,;pollution abatement;industrial experiment

X703

A

1003-5540(2012)05-0053-05

刘绍波(1981-),男,工程师,主要从事有色行业污染治理技术研究、工程实施及环保管理工作。

2012-08-09