钢铁冶金烧结烟气脱硫含铊废水的研究

孙亚男

（吕梁市生态环境局，山西 吕梁 033000）

0 引言

在钢铁生产过程中，冶金烧结烟气会对环境造成严重污染，通常采用脱硫液体对其进行处理，这些液体虽然在脱硫效果上较为优异，但同时也产生了一定量的含铊废水，如不及时处理，容易造成地表水重金属铊浓度超标，其污染问题仍然不容忽视[1-2]。针对含铊脱硫废水中水质波动大、干扰因素多和去除率要求高等现状，需要进一步研究开发具有创新性的含铊废水处理技术，以实现污染物的高效去除。

1 项目概况

某钢铁冶金企业拥有3 台烧结面积为360 m2的烧结机设备。在该厂实际运行过程中，由于铁矿石和煤炭中均含有一定量的硫化物，因此，在烧结过程中产生的SO2和粉尘问题均较为突出。为解决此问题，该厂使用湿法脱硫工艺对烧结烟气进行处理，并在湿法脱硫工艺末端增加废水处理措施，以实现对脱硫废水的处理。但从实际运行情况来看，该厂既有的废水处理工艺仅能去除常规的铅、锌等重金属污染物，对于铊的去除效果较差，导致该厂周边地表水中铊离子含量长期超标。对此，该厂技术部门研究决定，采用混凝强化ZTI 重金属捕集法对既有的废水处理工艺进行优化设计。

2 含铊废水处理工艺流程

结合实际需要并参考已有研究文献，优化含铊废水处理工艺流程[3-4]，如图1 所示。

图1 含铊废水处理优化工艺整体流程图

在本次含铊废水的处理过程中，首先，将烧结脱硫废水送入平流沉淀池进行处理，除去颗粒物和结晶体等杂质，并对其温度和pH 值进行初步调整。然后，将初步处理后的废水送入反应系统，投加ZTI 重补剂进行反应，反应完成的水进入到物化沉淀池和高效过滤器做进一步深度处理。将深度处理完成的废水排放至清水池，而反应剩余的污泥则进入到压滤机中脱水，并将泥饼外运处置。

基于该流程，研究人员进一步开展以下研究工作。

一是进行ZTI 重补剂的自主制备。本次采用改良型DTC 重金属捕集剂ZTI，由尿素和碱性物质、直链小分子胺类物质、SO2和表面活性剂等混合制备而成，各组分的比例如图2 所示。

图2 本次重金属捕集剂ZTI 的组分

从理论角度分析，由于本次自主研发设计的重金属捕集剂ZTI 将传统二硫代氨基甲酸盐（DTC）类重金属捕集剂与阴离子表面活性剂复配。因此，这种设计能够降低水溶液的表面张力，对重金属离子进行选择性吸附，两者共同作用捕捉重金属生成螯合物，进而实现对铊离子的高效处理。

二是设定运行策略。考虑到实际需要，本次设置将重金属捕集剂ZTI 原液稀释10 倍，以10%的浓度投加以进行废水处理。同时，在投加过程中，利用低流量高扬程的小型离心泵，将稀释完成后的ZTI 重捕剂从加药箱中输入到沉淀反应池的进水管道，再利用加药管道内的紊流和离心泵叶轮的剪切力，实现ZTI 重捕剂与沉淀反应池进水的充分混合。

三是对相关构筑物进行改造。首先，针对该厂废水水质波动情况较为突出的现状，对现有调节池进行优化改进，对原调节池进行加高处理，以承载更多的调节药剂，加高处理后的调节池尺寸变更为225.0 m×5.3 m×5.0 m，仍采用钢砼结构进行设计。其次，对压滤车间进行改造，将其调整为三层结构（见图3），以实现对污泥水分的充分处理。再次，在清水池上增设化验室、中控室、配电间和鼓风机房等运行模块，以上4 个运行模块均采用框架结构进行设计与布置。

图3 三层压滤结构示意图

四是对本次含铊废水处理所使用的部分设备进行更换或调整。首先，将沉淀池的搅拌机械设备进行更换，选用具有变频调速功能的碳钢防腐搅拌机，共计配置4 台，所有设备规格相同，均为1.5 kW。其次，针对废水提升泵和冷却塔提升泵进行冗余设计，均设计为3 台，采用“2 用1 备”的方式进行布置。第三，针对投加重金属捕集剂ZTI 稀释液的实际需要，在加药系统中配置8 套加药设备，每套设备均由2 台加药泵、1 台溶药搅拌机和1 套加药管道组成，同时配备型号为3 t 的电动葫芦等辅助设备。

3 应用效果测试

在本次含铊废水处理工艺设计完成后，对实际应用效果进行测试。本次测试主要分析废水中铊的去除率，该指标基于如下方程进行计算：

式中：ρ0和ρ1分别为废水中铊的初始质量浓度和处理后的铊浓度，μg/mL。

为进一步提升检验结果的准确性，本次同时配置含铊标准溶液用于检测。在此环节中，首先量取铊标准溶液（1 000 μg/ml）0.2 mL，并定容于50 mL 容量瓶中，以制备质量浓度为4 mg/L 的含铊离子母液。在得到母液后，分别取母液体积为0.625 mL、3.125 mL、10 mL、12.5 mL 和37.5 mL，均分别在50 mL 容量瓶中进行定容，以分别获得质量浓度为0.05 mg/L、0.25 mg/L、0.8 mg/L、1 mg/L 和3 mg/L 的标准溶液。在配置完成后，使用电感耦合等离子质谱仪对标准溶液进行检测，获得元素标准曲线，如图4 所示。

图4 标准曲线图

从该标准曲线图中可见，该标准曲线近乎线性。对此，应用最小二乘法进行计算，计算结果显示，该线性回归方程为y=0.011 2x+0.007 1，相关系数R2为0.999 9，拟合程度较优，可进一步开展后续的实验分析。

由此，选取技术改造前和改造后各自一个周期，对含铊废水的处理效果进行对比分析，分析结果如表1 所示。

表1 含铊废水处理效果对比分析 单位：mg/L

根据上表的数据可见，在应用本次含铊废水处理技术后，废水中的铊离子含量显著降低，能够满足《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456—2012）的相关要求。同时，其他重金属离子浓度并未出现升高，表明本次含铊废水处理技术基本取得了预期效果。

在此基础上，对实际运行效果进行监督评估，结果显示，本次工艺新增的构筑物对占地的要求不高，整套工艺对管理及操作人员的技术水平要求不高，可以在不增加过多投资和运行费用基础上，实现烧结脱硫含铊废水达标排放。

4 结语

在本次研究中，基于钢铁厂含铊废水的处理目标，采用混凝强化ZTI 重金属捕集法，针对钢铁冶金烧结脱硫废水中的铊离子进行有效去除。从实际运行情况来看，该方法能有效去除铊离子和其他主要重金属离子，且不溶物沉淀速度较快，易于固液分离，具有一定的实际应用价值，可推广应用。