废水处理工艺优化及改造应用的分析

文｜中钢石家庄工程设计研究院有限公司 王新凤

在冶金工业生产活动中，常在涂料加工、清洗作业中，造成工业废水中富含铬元素，考虑到含铬浓度高于0.1mg/L 会引起人体健康问题，并对生态环境带来不利影响，故而在冶金工业废水排放中，需针对含铬废水实施有效处理，善于借助高效工艺，确保含铬废水经过净化后，能够适当降低含铬浓度，为冶金领域的生态化发展给予保障。

1 冶金工业含铬废水处理工艺的原理

在冶金工业含铬废水处理工艺中，主要包括物理法、化学法、生物法等多种处理方法。综合多个冶金企业的实际应用成果，本文具体以化学法中的还原沉淀法作为研究对象予以深度讨论。其中还原沉淀法在实践应用中实则是在PH 调节过程（PH调节池）中，重新将含铬废水转化为碱性溶液，之后借助硫酸亚铁、氢氧化钠、亚硫酸钠等还原剂的投放，于反应池中实现还原反应，促使废水中的“铬离子”能够得到还原反应，从“六价离子”还原为“三价离子”，并在沉淀池操作下实现重金属成分的有效沉淀，此时还可对其实施过滤，便于沉淀物得到相应的沉淀处理，确保含铬废水经由还原沉淀法处理后，成为铬浓度符合安全排放标准的废水，具体流程如（图1）所示。由于各个冶金工业企业中应用的还原剂类别、沉淀技术存在差异，造成还原沉淀法获得的处理成效不一致。同时，虽然此种方法确实具备低成本、易于操作等优势，但处理期间产生的污泥也存在一定的污染性。因此，可参照还原沉淀法的操作流程加强改造。

图1 还原沉淀法的处理流程图

2 冶金工业含铬废水处理工艺的不足之处

2.1 还原池设计不合理

在金属冶炼中，常造成工业废水中的重金属含量超标，这不但会威胁人体健康，还会降低冶金工业的生态性，对我国生态环境造成严重的影响。所以，需通过对还原沉淀法中含铬废水处理工艺现下成果找出不足之处，并对其进行改造，由此提升还原沉淀法的实践应用性，要求改造后的废水处理工艺，能够将冶金工业废水中的整体含铬浓度保持在0.1mg/L 以下，“Cr6+”浓度低于0.05mg/L。其中就原有还原沉淀法中的还原池部分进行分析，对于还原剂等辅助原料的投放量，以往过于依靠人力经验，在投放量准确度不高时，自然无法取得最优化还原结果。

2.2 中和剂选用不科学

在还原沉淀法中，常需要投放还原剂等原料，对含铬废水中的重金属提供还原条件，但与氢氧化钠相比，若投放氢氧化钙，尽管能够增强沉淀作用，但不能完全控制污泥生成量，污泥的存在会导致含铬废水整体回收利用价值下降。因此，可从中和剂改进上优选适合的投放原料，便于在还原反应作用下，能够达到最佳沉淀效果。

2.3 絮凝效果不理想

按照原有还原沉淀法中，为了确保含铬废水能够形成还原沉淀反应，还需要专门投入絮凝剂（PAM），促使含铬废水在沉淀池中生成沉淀物。但从实际成果中可发现：絮凝剂的反应时间并不长，在絮凝剂反应不完全的情况下，一般不易产生充足的氢氧化铬沉淀物，导致含铬废水整体浓度远达不到排放要求。因此，还可从沉淀池中的絮凝反应上做出改造，保证改进后的含铬废水处理工艺具备推广价值。

2.4 沉淀作用不达标

还原沉淀法是经过对含铬废水中的游离铬进行还原处理，使之形成沉淀物，继而在过滤后促使含铬废水中的含铬浓度得以下降。然而，从当前采用的含铬废水处理工艺中，可发现其沉淀技术尚未达到合乎规定的废水排放要求，导致含铬废水在沉淀前依旧不能实现完全沉淀，其中含铬废水中若铬离子还原产物较少，将无法确保含铬浓度控制在安全范围内。所以，需借助全新的沉淀技术，既要及时处理未沉淀物质，又要促使污泥得到相应净化。

3 冶金工业含铬废水处理工艺优化及改造应用路径

3.1 完善自控投料系统

在冶金工业中对于含铬废水处理工艺的改造，可针对原有投料系统加以完善，以往多依靠经验法控制中和剂、还原剂等辅助试剂投放量，造成含铬废水无法实现真正的完全反应。因此，可进一步应用自动控制技术，对原有系统功能进行优化，使其形成自控投料价值，以免因投放量问题，导致含铬废水处理效果达不到预期标准。若以氧化还原电位作为自变量，铬离子浓度作为因变量，在改变氧化还原电位条件时，产生的铬离子去除率结果也会有所差异。氧化还原电位与含铬废水酸碱度往往成反相关关系，随着氧化还原电位的上升，其PH 值逐渐降低，而酸碱度的变化也会对铬离子去除率产生一定影响。据相关研究结果，酸性溶液的去除率可达到99.52%，随着PH 值的增加，其去除率明显出现下降情况。此时，可通过对其展开研究，实现含铬废水酸碱度的合理控制，判断氧化还原电位的最佳值，然后将其输入自控投料系统的参数设定模块中，继而强化铬离子去除效果。经过多次测定，在350mg/L（A 组）、500mg/L（B 组）的进水浓度下，其“Cr6+”浓度测量结果分布如（表1）所示。由此证实若在自控投料系统中将还原氧化电位参数控制在25mV，此时形成的“Cr6+”浓度未超过0.1mg/L，符合工业废水排放标准。另外，还应当加强系统性能的维护，确保在此系统辅助下，能够保持良好的铬离子去除效果。

表1 在不同氧化还原电位条件下的“Cr6+”浓度对比

3.2 合理选用辅助试剂

对于含铬废水的处理，可从投放的辅助试剂中进行合理选用。一方面，可对原有投放的中和剂进行改造，以氢氧化钙单方中和剂为基础，新增氢氧化钠中和剂，从而实现含铬废水酸碱度的科学调节。另一方面，还可选择适合的还原剂。经过相关研究，若选择硫酸亚铁还原剂，可起到显著的铬离子去除作用。从酸碱两种不同条件下，其还原沉淀法中的化学式表现如下：

①6H++2Cr2O72-+6SO32-=3 S O42-+4Cr3++8H2O 酸性条件；

②4H++H2O+2CrO42-+3SO32-=3SO42-+2Cr（OH）3碱性条件；

其中碱性条件下将生成氢氧化铬沉淀物，并且能够经过过滤沉淀后快速将“Cr6+”还原为“Cr3+”，经由沉淀后降低铬离子浓度。

此外，在中和剂改造中，选用两种碱性物质作为中和剂，有利于控制铬泥产量。尤其是适当降低氢氧化钙的占比率，可减小铬泥自身体积，即Cr6++Ca（OH）2=Cr（OH）3+Ca2+。综合铬泥体积与铬离子浓度排放标准，最终可将氢氧化钙与氢氧化钠的具体比值保持在2∶5，这样才能促使改造后的废水处理工艺具备突出的铬离子去除作用。基于此，在应用还原沉淀法处理含铬废水时，可合理增加氢氧化钠的投放量，并投入硫酸亚铁还原剂，以此保证整个含铬废水的总铬浓度实现稳定降低。

3.3 优化工艺絮凝条件

关于絮凝剂的投放也是影响铬离子去除率的主要因素。因此，在工艺改造中，还应当针对絮凝条件予以优化。由于尚未改造前的絮凝剂未能实现完全反应，此时可对沉淀池中的实际搅拌强度、搅拌时间、水动力条件分别提出改进建议，便于优化去铬效果。

第一，搅拌强度，在具体研究中，为了获取最佳搅拌强度，可对不同搅拌强度下的铬离子出水浓度结果进行比对。首先，可将搅拌器中的转数进行调整，按照每分钟30 转到70 转的范围改造；其次，将搅拌后的含铬废水统一保持半小时的静止状态；最后，在其距离底部2cm 部位测量铬离子浓度。据相关研究，铬离子浓度（总铬）在强度增加过程中呈现下降趋势，从0.12mg/L 逐渐降至0.1mg/L，直到达到每分钟50 转后，出现反转，故而可将沉淀池中絮凝剂的搅拌强度保持在每分钟50 转的标准内。

第二，搅拌时间以及水动力条件，参照上述相同要求进行测量。具体的时间范围可从五分钟到半小时内分别设定，然后分析是否随着搅拌时间的延长，引起铬浓度的降低。经过多组对比实验，可掌握在投放絮凝剂后，若搅拌时间达到25min，此时将达到最优化铬离子去除效果。参照水动力絮凝公式：

式中P、n、ρ、l、r1、r2、CD、μ、ω、p 分别指代的是絮凝搅拌机中桨板功率、桨板数量、水密度、长度、内外旋转半径、阻力系数、转角、流体功率、水动力黏度。代入相关数据可计算出具体参数。

3.4 引进铬泥回流技术

含铬废水的优化处理，还可引进铬泥回流技术，它是通过原水回流的形式，强化水净化效果，在原水回流过程中，能够针对沉淀后的含铬废水中的铬泥物质进行二次净化，以免形成污染物，破坏废水处理工艺的实践性。此外，经由此项技术需科学设计回流比，进而实现絮凝剂的完全反应。

4 冶金工业含铬废水处理工艺优化成果

4.1 降低铬泥产量

在冶金工业中针对含铬废水应用改造后的还原沉淀法处理废水，可有效降低铬泥产量。尤其在铬泥回流技术的辅助下，可进一步去除污泥量。经过对改造前后含铬废水浓度、铬泥产量等指标长达一个月的监测记录，改造后确实优化了废水处理效果，具体细节如（表2）所示。在整个废水处理过程中，经检测进水“Cr6+”浓度为350mg/L 到1000mg/L 范围内，分别采用改造前后的还原沉淀法，可发现：改造后的还原沉淀法，不但降低了原有的总铬浓度、“Cr6+”浓度，而且还减少了铬泥产量。因此，经过对比验证了改造后含铬废水处理工艺的实践作用。

表2 改造前后含铬废水的总铬与“Cr6+”浓度、铬泥产量指标对比

4.2 节省工艺费用

在比较改造前后含铬废水处理工艺的费用情况时，由于可选择的还原剂类别繁多。此次对比暂不考虑不同还原剂下的费用问题。主要以单方中和剂与联用中和剂两种形式为主。其中在尚未改造前具体以氢氧化钙中和剂为首选，改造后则以“氢氧化钠+氢氧化钙”为基础，具体费用信息如（表3）所示，从中知晓，在选用同一种还原剂的情况下，若联合两种中和剂，可更加精准的把控投放量，在处理铬泥期间，也能适当节省成本，共计1491 元中和剂费用。随着铬泥产量的降低，所消耗的脱水成本等额外成本也将得到适当的降低。所以，整体费用上，改造后更少。综合上述月铬泥产量，若1t 需要消耗1100 元铬泥处理成本，改造前后的整体费用能够节省10071 元，即（15-7.2）×1100=8580 元，再加上中和剂节省的1491 元，能够为冶金工业企业节省较多的含铬废水处理费用。

表3 改造前后消耗费用情况对比

5 结论

综上所述，在冶金工业含铬废水处理过程中，若能针对原有化学法中还原沉淀法实施改造，有利于优化处理效果。据此，应从自控投料系统、还原剂、絮凝条件、铬泥回流技术等方面着手，促使改造后的还原沉淀法，能为冶金工业企业综合效益的提高、铬泥产量的合理控制产生积极影响，便于改善含铬废水处理现状，使其发挥出显著的含铬废水处理作用，实现冶金产业的长远发展目标。