二段铁盐-石灰法+生物接触氧化工艺处理金属再生废水

岳佳妮，向元英

（1.沈阳环境科学研究院，沈阳 110167；2.四川省工程咨询研究院，成都 610016）

随着我国国民经济的快速发展，资源短缺问题日益突出。我国矿产资源人均占有量低，而且大型矿床少、富矿少、资源开发难度大、成本高[1]，因此发展再生金属产业能够有效缓解我国金属资源短缺的矛盾。目前，我国金属再生产业经过多年发展，已经形成了较为完整的回收、拆解、生产、加工体系，产量产值持续扩大。2020 年我国再生有色金属产量达到1450 万t，实现直接工业产值约3750 亿元，较2016 年增长13%[2]。

随着我国生态文明建设的不断推进，国家对金属再生企业的规范管理和环境监管日益严格，金属再生过程中产生的废水必须进行有效治理。本项目依据稀有金属再生废水的特点选取相应的处理工艺，实现了废水的稳定达标排放，能够为同类型废水处理工程的设计和运行提供参考。

1 工程概况

某金属回收企业主要从事锗、镓、铟等稀有金属的回收加工，稀有金属主要来自废弃电器、电子产品的拆解。该企业核准处理的废弃电器、电子产品包括电视机、冰箱、空调、洗衣机和液晶显示屏等。

该企业产生的废水主要包括拆解、深加工等处理环节中产生的生产废水，废气处理设备产生的吸收水，场地、设备冲洗水和生活废水。生产废水、废气吸收水和冲洗废水的产生量共计41m3/d，生活废水的产生量为10m3/d。废水经过处理达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准后排放至当地污水处理厂，具体设计进出水水质见表1。

2 工程方案

2.1 工艺选择

化学沉淀法具有工艺简单、投资较少的特点，是重金属废水处理最常用的方法[3]。该方法是向废水中投加某种化学物质，使其与废水中的重金属离子发生反应，生成难溶盐沉淀，以实现降低废水中重金属污染物的目的。根据使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法可以分为石灰法、高密度泥浆法、硫化法和铁盐—石灰法。

石灰法可用于去除废水中的铜、锌、铅、镉等，但是本工程废水中含有砷化物，常温下砷酸钙、偏亚砷酸钙和焦亚砷酸钙的溶解度理论上不能达到排放标准。铁盐与砷生成的砷酸铁溶度积较小，稳定性优于砷酸钙等[4]，同时铁盐可以作为共沉剂提高废水中镉的去除率，因此生产过程中产生的重金属废水采用铁盐—石灰法进行二段处理。

生活废水主要包括冲厕用水、餐厨用水等，不含塑料制品等较大的漂浮物，因此本工程仅设置细格栅进行过滤。生活废水可生化性好，但水质、水量波动较大。生物接触氧化法与传统活性污泥法相比，系统耐冲击负荷强、处理效率高、剩余污泥产量少[5]，因此生化处理单元选用缺氧+好氧生物接触氧化为主体工艺的组合流程。

废水处理工艺流程图

生活废水中悬浮物和油类物质含量较高，为避免对生化处理单元造成影响，同时考虑到生物除磷的局限性，需在生化处理单元之前对废水进行混凝沉淀。常用的絮凝剂包括铝盐和铁盐，铝系絮凝剂与铁系絮凝剂相比，对金属、混凝土和塑料的腐蚀性低，对出水色度影响小[6]。混凝沉淀单元采用聚合氯化铝（PAC）作为絮凝剂，助凝剂选用最为常用的聚丙烯酰胺（PAM）。

2.2 工艺流程

生产车间废水和生活废水进行分类收集、分质处理。含重金属的生产废水采用化学沉淀法进行预处理后，与生活废水混合进行二级处理。化学污泥和剩余污泥经脱水后，委托具有相关资质的单位外运处理。污水处理站工艺流程见上图。

2.3 主要设备及构筑物

2.3.1 集水池及调节池

新建集水池1 座，用于暂时存储酸性生产废水。集水池为钢砼结构，内衬环氧玻璃钢，有效容积为20m3，水力停留时间为8h。

新建调节池1 座，用于均衡废水的水质水量。调节池为钢砼结构，内衬环氧玻璃钢，有效容积为20m3，水力停留时间为8h。调节池内设计安装空气搅拌装置1 套，用于防止废水中的悬浮物沉积；提升泵2 台，1 用1 备，单台提升泵流量为3.5m3/h，扬程11m。

2.3.2 一级反应槽及沉淀槽

一级反应槽通过投加石灰乳和亚铁盐使重金属离子生成沉淀，同时投加助凝剂PAM 强化共沉淀效应，提高沉淀效果。一级沉淀槽用于泥水分离，从而使重金属离子从废水中去除。反应槽和沉淀槽均为碳钢材质（Q235-A），外壁二度防锈漆、二度面漆。反应槽内衬环氧玻璃钢，沉淀槽内衬环氧煤沥青。

一级反应槽尺寸（L×B×H）为2.0m×1.5m×3.2m，设计水力停留时间为1h。反应槽分为三段，第一段用于调节pH 值，第二段用于絮凝，第三段用于助凝。反应槽第一段设计安装工业在线pH 计1 台，每段设计安装搅拌器1 台，搅拌器功率为0.55kW。

一级沉淀槽尺寸（L×B×H）为2.0m×2.0m×3.2m，设计水力停留时间为2.5h。沉淀槽内设计安装斜管填料4m3，填料为聚丙烯（PP）材质，设计表面负荷为0.65m3/（m2·h）。

2.3.3 二级反应槽及沉淀槽

二级反应槽及沉淀槽用于进一步去除废水中的铅、镉、铜、砷等重金属离子，材质、尺寸及设备等与一级反应槽及沉淀槽相同。

2.3.4 中和池

新建中和池1 座，碳钢材质（Q235-A），内衬环氧玻璃钢，用于将废水pH 值调节至中性。中和池尺寸（L×B×H）为1.6m×0.8m×2.0m，设计停留时间为0.8h。配套安装工业在线pH 计1 套，硫酸自动加药装置1 套。

2.3.5 格栅井及综合废水调节池

新建格栅井1 座，用于拦截进水中的漂浮物，避免堵塞水泵、管道等。格栅井为砖砌结构，尺寸（L×B×H）为1.6m×1.0m×0.6m，设计安装转鼓式格栅1 套，格栅间隙为2.0mm。

新建综合废水调节池1 座，钢砼结构，用于收集废水并均质均量，污水处理站发生事故或检修期间可作为临时事故池。调节池有效容积为50m3，设计水力停留时间为24h。调节池内设计安装提升泵2 台，1 用1 备，单台提升泵流量为3.2m3/h，扬程为20m。

2.3.6 混凝沉淀池

新建混凝沉淀池1 座，碳钢材质（Q235-A），内衬聚酯玻璃钢，用于去除废水中的悬浮物、动植物油、总磷等污染物。混凝沉淀池尺寸（L×B×H）为3.5m×2.0m×3.8m，有效容积为2.6m3。

混凝沉淀池分为混合池、反应池和沉淀池三段；设计混合时间为30s，絮凝反应时间为5min，沉淀时间为1.0h。混合池设计安装工业在线pH 计1 套，搅拌器1 台；反应池设计安装搅拌器1 台；沉淀池设计安装PP 材质斜板填料4m3。

2.3.7 缺氧池

新建缺氧池1 座，钢砼结构，用于去除废水中的CODCr、总氮等污染物。缺氧池尺寸（L×B×H）为2.0m×1.5m×3.0m，有效容积为7.5m3，设计水力停留时间为3.4h。缺氧池内安装弹性组合填料5.5m3；配套潜水搅拌器1 台，功率为0.55kW。

2.3.8 好氧池

新建好氧池1 座，钢砼结构，用于去除废水中的CODCr、氨氮等污染物。好氧池尺寸（L×B×H）为4.0m×1.5m×3.0m，有效容积为15m3，设计水力停留时间为6.8h。池内安装弹性组合填料10.5m3；配套离心鼓风机2 台，1 用1 备，单台风量为4.4m3/min，风压为0.029 MPa，配套电机功率为5.5kW。

2.3.9 二沉池

新建二沉池1 座，碳钢材质（Q235-A），内衬聚酯玻璃钢，用于泥水分离。二沉池尺寸（L×B×H）为1.5m×3.0m×3.0m，有效容积为9.0m3，设计水力停留时间为2h。池内安装斜管填料5m3；污泥回流泵2 台，1 用1 备，单台回流泵流量为3.0m3/h，扬程7m。

2.3.10 消毒池

利用旧有构筑物改造消毒池1 座，钢砼结构，有效容积为5.5m3。次氯酸钠（含量10%）采用塑料罐体存储，机械隔膜式计量泵投加，设计投加量为2mg/L（有效氯）。

2.3.11 污泥浓缩池

新建污泥浓缩池1 座，钢砼结构，有效容积为20m3，用于储存浓缩化学污泥和剩余污泥。池底安装低速搅拌器2 台，叶轮直径为1400mm，转速为52r/min，呈对角布置。

2.3.12 污泥脱水间

新建污泥脱水间1 座，框架结构，占地面积10.88m2。配套污泥螺杆泵1 台，流量5.0m3/h，扬程60m；板框压滤机1 台，过滤容积452L，过滤面积30m2。

3 运行效果

系统经过30d 调试后，各处理单元均能正常运行，出水水质能够稳定达到或优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中的一级标准。该工程自建成投产以来，一直满负荷运行。对进出水水质进行监测，监测结果见表2（连续10d 监测结果取平均值）。

表2 实际进出水水质

4 技术经济指标

本项目设备自动化程度较高，无需专人值守，可由企业水电工兼职管理。污水处理站的运行费用主要包括电费、药剂费和污泥处置费，其中，电费为2.45 元/m3、药剂费为0.8 元/m3、污泥处置费为0.65 元/m3，共计3.9 元/m3。以上未考虑折旧费和摊销费等。

5 结语

针对稀有金属再生企业的废水水质特点，采用二段铁盐-石灰法+生物接触氧化工艺进行处理。二段铁盐-石灰法能够同步去除铜、锌、铅、砷、镉等多种重金属离子，生物接触氧化工艺具有良好的脱氮除碳效果。污水处理站调试完成后，出水水质能够稳定达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中一级标准的排放要求。该工艺效果可靠、成本低，用于处理金属再生废水切实可行。