含重金属酸性废水处理及回用工艺设计

赵 闯

﹙中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039﹚

铜板带材加工生产过程中，表面清洗工序是去除材料表面的氧化物、油渍及其他工艺残留物的一道工序。该工序中酸碱洗后会产生大量漂洗废水，其中含有一定量的重金属离子，具有较好的经济价值，如处置不当不仅会造成环境污染，还会造成水资源、重金属资源的浪费。

1 工程现状

某板带车间原有处理设施为两座中和沉淀池，投加烧碱并搅拌，中和沉淀后的上清液排入厂区生活污水管道，最终排放至厂外，沉淀污泥定期排入污泥干化池干化后外运处置，余液返回中和池。

原工艺存在问题:(1)处理流程短，缺乏把关工艺;(2)中和药剂未经溶解直接投入中和池内参与反应，反应效果差;(3)沉淀速度慢，处理周期长，排放水质不稳定，主要是重金属离子超标;(4)对废液的水质参数缺乏有效的监测手段;(5)沉淀物含水率高，自然干化速度慢，不易收集。

从杜绝对环境污染、资源合理利用来看，原有处理设施已不能满足实际需要，为此业主决定将废水进行综合利用，新建一套处理设施，保证处理出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978－1996)中的一级排放标准，回用于厂区循环水系统，分离出来的污泥外售有资质的单位处置，做到污水再生利用资源化。

2 废水来源、废水量及水质特征

2.1 废水来源

铜材加工过程中表面清洗工序排放的漂洗废水。

2.2 废水量及水质特征

(1)废水的水量

根据相关资料显示，该铜带厂废水排放量为1050 m3/d，考虑一定的富裕量和自用水量，设计规模定为1200m3/d;

(2)废水的水质特征

业主的目标是实现废水的零排放，因此废水处理系统的出水指标必须满足回用水的水质指标要求。同时，从保障生产运行安全的角度出发，考虑到生产和废水处理实际运行中突发性的不确定因素可能导致的临时性对外排水，回用水质标准严于排放水质标准的要求，设计原则首先确保废水处理达标，执行国家标准《废水综合排放标准》(GB8978—1996)中的一级排放标准，同时需要考虑废水处理站处理后的出水水质达到业主提出的回用标准。

实地考察表明，酸性废水中混有厂内其它废水带来的浮油，但业主保证能够将酸性废水和其他废水分开单独排放，本次待处理的废水没有油类物质，只需考虑酸碱中和、悬浮物和铜离子等金属离子的影响即可。按照业主对处理后的废水的技术要求，处理系统出水水质达到循环补充水水质标准(表1)。

表1 设计进出水水质Tab.1 Design water quality index of raw and treated water

3 工艺设计

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow chart

表面清洗工序排放的漂洗废水中含有铜离子，必须处理达标后才能外排。本项目产生的污泥为含重金属铜的污泥，原水中铜离子含量较高，具有可观的回收价值，根据污泥中金属离子的含量高低，将本项目废水处理工程中产生的污泥外售给有资质单位回收重金属，也可将此污泥送至有害固体处理中心进行妥善的无害化处理。经过处理达标的废水回用于厂区循环水系统，做到零排放。

本工程采用“混合均质→两级中和→混凝→离心分离→沉淀→pH回调→过滤”处理工艺，工艺流程见图1。

3.1 设计要点

(1)切合实际，尽量减少占地面积。将废水调节池设计成全地下式;

(2)设置足够容积的调节池，缓解酸水的短期冲击负荷，混合均化水质;

(3)利用合适的中和药剂对废液进行处理，减少沉淀物的含渣量，有效回收铜离子;

(4)设置pH三级调节处理，其中两级中和反应，一级pH回调，有效控制废水的pH值，使系统连续稳定运行;

(5)采用集成式污水净化器(立式罐体)，将混凝、离心分离、沉淀等处理单元集中在一起，缩短沉淀时间，提高湿污泥含固率，减少占地面积;

(6)投加合适的混凝剂、絮凝剂，提高分离效果和速度;

(7)采用无动力的重力式过滤器，充分利用集成式污水净化器的出水压力，减少动力提升，节约设备投资及运行费用，进一步去除水中的悬浮颗粒物，使出水水质稳定达标排放;

(8)污泥浓缩采用厢式压滤机，浓缩时间短，污泥含水率低，污泥成形效果好;

(9)根据污水处理的工艺流程和工艺设备的操作及计量要求，采用合适的自动化控制技术及监测仪表，改善劳动条件，提高运行水平。

3.2 主要处理设施

3.2.1 混合均质单元

由调节池、提升泵组成。废水收集后自流至新建调节池，通过一级提升泵将部分废水回流至调节池进水口，加速废水混合、均化水质。调节池为地下式钢筋混凝土结构，内衬玻璃钢防腐。

设置两座调节池，两池底部连通，单池L×B×H=9m×7m×5m，有效容积150m3。设置两台提升泵(一用一备)，将废水自调节池送至一级pH调节装置处理，Q=85m3/h，H=29m，P=18.5kW，置于调节池顶部。

3.2.2 pH 一级调节装置

废水自调节池由提升泵提升进入，通过在线pH检测，投加中和剂调节废水的酸碱度到6.0左右。

设置1套pH调节装置，Φ×H=2.8m×2.2m，有效容积10m3，置于调节池顶部。pH调节装置设置搅拌混合装置，加速废水与药剂的混合反应，投加点设电磁阀控制药剂投加量。

3.2.3 pH二级调节装置

废水自pH一级调节装置自流进入，通过在线pH检测，投加中和剂调节废水的酸碱度到8.0～9.0之间。

设置1套pH调节装置，与pH一级调节装置相同。

3.2.4 缓冲单元

由中间水箱、提升泵组成。pH二级调节装置出水自中间水箱顶部自流进入，中间为二级提升泵提供缓冲。

设置1套中间水箱，L×B×H=2.5m ×2.5m ×2.5m，有效容积12.5 m3，置于调节池顶部。设置两台提升泵(一用一备)，将废水自中间水箱送至集成式污水净化器处理，Q=60m3/h，H=40m，P=15kW，置于调节池顶部。

3.2.5 集成式污水净化器

废水经提升泵自中间水箱送至集成式污水净化器，在此过程中投加混凝剂与絮凝剂，将废水中的悬浮物凝聚成大颗粒絮体，在集成式污水净化器的离心分离作用下，絮体从废水中被分离去除。通过取样管取样观察泥位高低及沉淀效果，定期打开排泥阀将净化器内的污泥排至污泥池。

集成式污水净化器利用直流混凝、微絮凝、离心分离和压缩沉淀的原理，将污水净化过程中的混凝反应、重力沉降、离心分离、浓缩等处理技术集成在一起，短时间内完成废水的多级净化。净化效率是重力处理的8～10倍;本体无动力消耗，整个处理过程只需一次提升;占地面积为传统工艺的1/8;实现加药、净化、排泥自动操作;设备本身具有污泥浓缩功能，排泥含水率低，污泥处理量小;不设填料，无堵塞之弊;能适应一定范围的水质波动，本体维护少。

设置1套重力过滤器，Φ=3.2m，处理能力Q=50m3/h。配套设备为管式混合器1套，用于絮凝剂与废水的混合。

3.2.6 重力过滤器

内设多层滤料，利用滤层颗粒堆积产生的孔隙滤水，截留水中的悬浮物，出水自流进入厂区循环水系统。

设置1套重力过滤器，Φ=3.1m，处理能力Q=50m3/h。

3.2.7 药剂配制投加单元

主要包括中和剂、混凝剂、絮凝剂、pH回调等药剂的配制和投加装置。

该项目设置中和剂、混凝剂、絮凝剂、pH回调剂配制投加系统各1套，包括溶解槽、储液槽、计量投加泵等。

3.2.8 污泥处理系统

设置1座污泥池，为半地下式钢筋混凝土结构，L×B×H=3m×3m×4m。设置2台污泥泵，一用一备，Q=8.7m3/h，H=0.6MPa，P=4kW。

系统总污泥量约11.5m3/d(含水率98%计)，污泥由污泥泵送入污泥脱水设备脱水，脱水后的泥饼含水率可达到65% ～75%，脱水设备采用厢式压滤机，压滤机滤出水重力回流到调节池后重新进行处理。

压滤机选用过滤面积为40m2的厢式压滤机1台，置于污泥脱水间，污泥经脱水后由业主外运处置。

3.3 药剂种类及投加量

1)中和剂。氢氧化钠(NaOH)，固体含量≥96%，配制浓度8%，按照pH分析仪数据自动控制投加量，一级pH调节至6左右，二级pH调节至8～9之间;

2)混凝剂。聚合氯化铝(PAC)，氧化铝(Al2O3)含量≥30%，粉末状，配制浓度5% ～6%，投加量30～50mg/L;

3)絮凝剂。聚丙烯酰胺(PAM)，阴离子型，分子量1000万，白色颗粒状，配制浓度1‰，投加量3～5mg/L;

4)pH回调剂。工业硫酸(H2SO4)，稀硫酸含量≥65%，配制浓度10%，按照pH分析仪数据自动控制投加量，三级pH调节至8～9之间。

4 技术经济指标及实际运行数据

技术经济指标见表2，实际运行数据见表3。

表2 技术经济指标Tab.2 Technical and economic indicators

表3 实际运行数据Tab.3 Actual operating data

5 结论

采用化学中和沉淀工艺处理铜加工表面清洗工序排放的漂洗废水在技术及经济上是可行的。此举不但有效的回收了重金属离子，杜绝了环境污染，处理后的水回用于厂区循环水系统，做到零排放，具有显著的经济及环境效益。

［1］李宏磊，娄花芬，马可定.铜加工生产技术问答［M］.北京:冶金工业出版社，2008.

［2］孟祥和，胡国飞，重金属废水处理［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［3］唐受印，戴友芝，水处理工程师手册［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［4］王绍文，姜凤有，重金属废水治理技术［M］.北京:冶金工业出版社，1993.