一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法和廢水處理系統與流程
2024-03-30 17:14:05 2
本發明屬於環境工程領域，具體涉及一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法和廢水處理系統。
背景技術：
冶煉廢水重要來自選礦、採礦、冶煉尾氣制酸等環節，其具有重金屬離子濃度高、成分複雜等特徵。如金屬銅冶煉企業所產生的廢水中含有銅、鎘、砷等重金屬離子，其中銅離子濃度高達2～10g/l、砷離子濃度高達0.72～9g/l，遠高於工業廢水中銅、砷的排放標準(銅的排放標準為1ppm，砷的排放標準為0.5ppm)。
處理重金屬廢水的方法很多，可歸納為化學沉澱法、物理處理法、生物處理法三大類，其中化學沉澱法包括中和沉澱、硫化物沉澱、鐵氧體沉澱、電化學法和高分子重金屬捕集劑發；物理處理法包括吸附法、萃取法、離子交換法、膜分離法、蒸發和凝固法等；生物處理法包括生物絮凝法、生物化學法和植物修復法等。
目前最常用的處理方法主要是化學沉澱法，通過加入石灰、鐵鹽、硫化物等沉澱劑，能快速去除廢水中的重金屬離子，工藝簡單，但此法會產生大量廢渣，且對低濃度的重金屬廢水處理效果不明顯，廢水難以達到排放或回用的標準。其他方法如離子交換法、膜分離法、植物修復法處理效果較好，但處理成本相對較高。與傳統化學、物理法相比，生物法去除廢水中的重金屬具有低成本、高效率等顯著優點，但生物法僅適合在重金屬離子濃度較低的廢水中使用，有較大的局限性。
目前採用的處理方法大多為化學法和生物法相結合的方法，雖然處理效果較好，可使含重金屬離子廢水經處理後達到國家排放標準，但是此法處理過程中產生大量危險固體廢物，造成危險固體廢物處理成本增加。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足和缺點，本發明的首要目的在於提供一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法，該方法具有低成本、高效率等特點。
本發明的再一目的在於提供一種用於實施上述處理方法的廢水處理系統。
本發明的目的通過下述技術方案實現：
一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法，包含如下步驟：
(1)一級反應：在攪拌條件下，將硫化劑溶液和冶煉廢水混合，在反應釜中進行充分反應，產生硫化氫氣體，反應後的液體流入濃密機進行靜置沉澱；
(2)噴淋：步驟(1)產生的硫化氫氣體由噴淋塔底部進入噴淋塔，濃密機中靜置沉澱後得到的上清液經集水罐送入噴淋塔由上往下噴淋，噴淋過程中與自下而上的硫化氫氣體逆流接觸反應，噴淋後的液體通過循環槽再次送入噴淋塔進行循環噴淋，直至循環槽液體中重金屬離子含量達到國家工業廢水排放標準後流入壓濾機；
(3)尾氣吸收：步驟(2)中未被吸收的硫化氫氣體引入尾氣吸收塔內，通過鹼液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於步驟(1)中的一級反應，或濃縮提晶，得到硫化鈉固體，作為副產品；
(4)固液分離
步驟(1)中濃密機底部靜置沉澱產生的淤泥、步驟(2)中循環槽排出的液體一併送入壓濾機進行壓濾，壓濾後的固體廢渣委託有危險廢物處理資質的單位處置，壓濾後的清液進入中和工段；
步驟(1)中所述的硫化劑優選為硫化鈉和硫化亞鐵中的至少一種；
步驟(1)中所述的硫化劑溶液的質量百分比優選為30～40％；
步驟(1)中所述的反應的時間優選為20～30min，反應的溫度不超過50℃；
步驟(1)中所述的硫化劑溶液中的硫化劑與冶煉廢水的質量比優選為(6～7):1000；
步驟(1)中所述的攪拌的速度優選為600r/min；
步驟(3)中所述的鹼液優選為氫氧化鈉溶液；
步驟(4)中所述的中和工段的具體操作優選為：壓濾後的清液經石灰漿中和、再次壓濾分離後，清液達標排放，固體廢渣作為一般固體廢物處置；
一種用於實施上述處理方法的廢水處理系統，包括反應裝置、噴淋裝置、壓濾裝置和尾氣吸收裝置；反應裝置、噴淋裝置、壓濾裝置和尾氣吸收裝置依次連接；
所述的反應裝置包括硫化劑儲罐、含重金屬廢水儲罐、反應釜和濃密機；其中，反應釜分別與硫化劑儲罐、含重金屬廢水儲罐、濃密機連接；
所述的噴淋裝置包括集水罐、噴淋塔和循環槽；其中，集水罐與反應裝置中的濃密機連接，噴淋塔分別和反應裝置中的反應釜、濃密機和集水罐連接，噴淋塔和循環槽連接並構成循環迴路；
所述的壓濾裝置包括壓濾機；其中，壓濾機分別與反應裝置中的濃密機、噴淋裝置中的循環槽連接；
所述的尾氣吸收裝置包括尾氣吸收塔和鹼液循環槽；尾氣吸收塔分別與噴淋裝置中的噴淋塔和循環槽以及壓濾裝置中的壓濾機連接；尾氣吸收塔與鹼液循環槽連接並構成循環迴路；
所述的反應裝置還包括第一提升泵，硫化劑儲罐、第一提升泵和反應釜依次連接；
所述的反應裝置還包括第二提升泵，含重金屬廢水儲罐、第二提升泵和反應釜依次連接；
所述的噴淋裝置還包括第三提升泵，集水罐、第三提升泵和噴淋塔依次連接；
所述的噴淋裝置還包括第四提升泵，噴淋塔、循環槽和第四提升泵依次連接並構成循環迴路；
所述的尾氣吸收裝置還包括第五提升泵，尾氣吸收塔、鹼液循環槽和第四提升泵依次連接並構成循環迴路；
本發明的原理：
本發明利用硫化法通過一級反應配合二級噴淋的工藝方法，向含重金屬廢水中投加硫化劑，充分反應後，反應液的上清液泵入噴淋塔，與反應過程產生的硫化氫接觸吸收，反應完全後，通過壓濾機實現固體廢渣與廢水的分離除去重金屬離子；進而實現低成本、高效率去除廢水中重金屬離子的目的，使得廢水中的重金屬離子在酸性環境下即達到國家排放標準，從而使中和工序產生的廢渣屬於一般固體廢物，較大的降低了企業處理危險廢物的成本，具有較好的應用前景。此外，噴淋塔中未被吸收的硫化氫氣體則進一步引入尾氣吸收塔內，通過鹼液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於一級反應，或濃縮提晶得到硫化鈉固體，作為副產品。
本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果：
(1)本發明提供的去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法可實現冶煉廢水中重金屬離子在酸性環境下徹底去除，使中和工序產生的廢渣屬於一般固體廢物，從而減少該廢水處理過程中產生的危險廢物量，較大的降低了企業處理危險廢物的成本，具有較好的應用前景。
(2)本發明提供的去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法清潔環保、效率高、成本低、操作簡便。
附圖說明
圖1是本發明提供的廢水處理系統的結構以及其去除冶煉廢水中重金屬離子的工藝圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1
一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法，包含如下步驟：
(1)一級反應：在600r/min攪拌條件下，將硫化劑硫化鈉溶液(質量百分比為35％)和冶煉廢水按照質量比6.5:1000混合，在反應釜中進行充分反應25min(反應的溫度不超過50℃)，產生硫化氫氣體，反應後的液體流入濃密機進行靜置沉澱；
(2)噴淋：步驟(1)產生的硫化氫氣體由噴淋塔底部進入噴淋塔，濃密機中靜置沉澱後得到的上清液經集水罐送入噴淋塔由上往下噴淋，噴淋過程中與自下而上的硫化氫氣體逆流接觸反應，噴淋後的液體通過循環槽再次送入噴淋塔進行循環噴淋，直至循環槽液體中重金屬離子含量達到國家工業廢水排放標準後流入壓濾機；
(3)尾氣吸收：步驟(2)中未被吸收的硫化氫氣體引入尾氣吸收塔內，通過氫氧化鈉溶液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於步驟(1)中的一級反應，或濃縮提晶，得到硫化鈉固體，作為副產品；
(4)固液分離
步驟(1)中濃密機底部靜置沉澱產生的淤泥、步驟(2)中循環槽排出的液體一併送入壓濾機進行壓濾，壓濾後的固體廢渣委託有危險廢物處理資質的單位處置，壓濾後的清液進入中和工段：壓濾後的清液經石灰漿中和、再次壓濾分離後，清液達標排放，固體廢渣作為一般固體廢物處置。
實施例2
一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法，包含如下步驟：
(1)一級反應：在600r/min攪拌條件下，將硫化劑硫化鈉溶液(質量百分比為30％)和冶煉廢水按照質量比7:1000混合，在反應釜中進行充分反應30min(反應的溫度不超過50℃)，產生硫化氫氣體，反應後的液體流入濃密機進行靜置沉澱；
(2)噴淋：步驟(1)產生的硫化氫氣體由噴淋塔底部進入噴淋塔，濃密機中靜置沉澱後得到的上清液經集水罐送入噴淋塔由上往下噴淋，噴淋過程中與自下而上的硫化氫氣體逆流接觸反應，噴淋後的液體通過循環槽再次送入噴淋塔進行循環噴淋，直至循環槽液體中重金屬離子含量達到國家工業廢水排放標準後流入壓濾機；
(3)尾氣吸收：步驟(2)中未被吸收的硫化氫氣體引入尾氣吸收塔內，通過氫氧化鈉溶液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於步驟(1)中的一級反應，或濃縮提晶，得到硫化鈉固體，作為副產品；
(4)固液分離
步驟(1)中濃密機底部靜置沉澱產生的淤泥、步驟(2)中循環槽排出的液體一併送入壓濾機進行壓濾，壓濾後的固體廢渣委託有危險廢物處理資質的單位處置，壓濾後的清液進入中和工段：壓濾後的清液經石灰漿中和、再次壓濾分離後，清液達標排放，固體廢渣作為一般固體廢物處置。
實施例3
一種去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法，包含如下步驟：
(1)一級反應：在600r/min攪拌條件下，將硫化劑硫化鈉溶液(質量百分比為40％)和冶煉廢水按照質量比6:1000混合，在反應釜中進行充分反應20min(反應的溫度不超過45℃)，產生硫化氫氣體，反應後的液體流入濃密機進行靜置沉澱；
(2)噴淋：步驟(1)產生的硫化氫氣體由噴淋塔底部進入噴淋塔，濃密機中靜置沉澱後得到的上清液經集水罐送入噴淋塔由上往下噴淋，噴淋過程中與自下而上的硫化氫氣體逆流接觸反應，噴淋後的液體通過循環槽再次送入噴淋塔進行循環噴淋，直至循環槽液體中重金屬離子含量達到國家工業廢水排放標準後流入壓濾機；
(3)尾氣吸收：步驟(2)中未被吸收的硫化氫氣體引入尾氣吸收塔內，通過氫氧化鈉溶液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於步驟(1)中的一級反應，或濃縮提晶，得到硫化鈉固體，作為副產品；
(4)固液分離
步驟(1)中濃密機底部靜置沉澱產生的淤泥、步驟(2)中循環槽排出的液體一併送入壓濾機進行壓濾，壓濾後的固體廢渣委託有危險廢物處理資質的單位處置，壓濾後的清液進入中和工段：壓濾後的清液經石灰漿中和、再次壓濾分離後，清液達標排放，固體廢渣作為一般固體廢物處置。
實施例4
如圖1所示，一種用於實施實施例1～3處理方法的廢水處理系統，包括反應裝置、噴淋裝置、壓濾裝置和尾氣吸收裝置；反應裝置、噴淋裝置、壓濾裝置和尾氣吸收裝置依次連接；
所述的反應裝置包括硫化劑儲罐1、含重金屬廢水儲罐3、反應釜5和濃密機6；其中，反應釜5分別與硫化劑儲罐1、含重金屬廢水儲罐3、濃密機6連接；
所述的噴淋裝置包括集水罐7、噴淋塔9和循環槽10；其中，集水罐7與反應裝置中的濃密機6連接，噴淋塔9分別和反應裝置中的反應釜5、濃密機6和集水罐7連接，噴淋塔9和循環槽10連接並構成循環迴路；
所述的壓濾裝置包括壓濾機12；其中，壓濾機12分別與反應裝置中的濃密機6、噴淋裝置中的循環槽10連接；
所述的尾氣吸收裝置包括尾氣吸收塔13和鹼液循環槽14；尾氣吸收塔13分別與噴淋裝置中的噴淋塔9和循環槽10以及壓濾裝置中的壓濾機12連接；尾氣吸收塔13與鹼液循環槽14連接並構成循環迴路；
所述的反應裝置還包括第一提升泵4，硫化劑儲罐1、第一提升泵4和反應釜5依次連接；
所述的反應裝置還包括第二提升泵2，含重金屬廢水儲罐、第二提升泵2和反應釜依次連接；
所述的噴淋裝置還包括第三提升泵8，集水罐7、第三提升泵8和噴淋塔9依次連接；
所述的噴淋裝置還包括第四提升泵11，噴淋塔9、循環槽10和第四提升泵11依次連接並構成循環迴路；
所述的尾氣吸收裝置還包括第五提升泵15，尾氣吸收塔13、鹼液循環槽14和第四提升泵15依次連接並構成循環迴路。
本實施例所述的連接均採用pvc管連接。
實施例5
採用實施例4的廢水處理系統以及實施例2去除冶煉廢水中重金屬離子的處理方法對內蒙某銅冶煉廠的含重金屬離子廢水進行處理，處理方法如下：
(1)將含重金屬離子廢水儲存於含重金屬離子廢水儲罐3，以達到水質均勻的目的；將質量比為30％的硫化鈉溶液儲存於硫化劑儲罐1；將質量比為10％的氫氧化鈉溶液儲存於鹼液循環槽14；
(2)一級反應：啟動反應釜5攪拌裝置(攪拌速度為600r/min)，啟動第二提升泵2、第一提升泵4，控制兩者流速，硫化劑溶液與含重金屬離子廢水的流速，使硫化劑與含重金屬離子廢水以質量比7:1000在反應釜裡混合反應，產生硫化氫氣體，反應後的液體到達反應釜5的溢出口，自動流入濃密機6，進行靜置沉澱；
(3)噴淋：步驟(2)產生的硫化氫氣體(反應釜5、濃密機6和集水罐7)由噴淋塔9底部進入噴淋塔9，啟動第三提升泵8、第四提升泵11，濃密機6中靜置沉澱後得到的上清液到達濃密機6的溢出口，自動流入集水罐7後，由泵送入噴淋塔9由上往下噴淋，噴淋過程中與自下而上的硫化氫氣體逆流接觸反應，噴淋後的液體通過循環槽10再次送入噴淋塔9進行循環噴淋，直至循環槽10液體中重金屬離子含量達到國家工業廢水排放標準後流入壓濾機，結束反應及噴淋；
(4)尾氣吸收：啟動第五提升泵15，使鹼液循環槽14裡的氫氧化鈉溶液流入尾氣吸收塔13內，進行循環噴淋；步驟(3)中未被吸收的硫化氫氣體(噴淋塔9和循環槽10以及壓濾裝置中的壓濾機12)引入尾氣吸收塔內，通過氫氧化鈉溶液噴淋吸收後排空，吸收後產生的液體為硫化鈉溶液，回用於步驟(2)中的一級反應，或濃縮提晶得到硫化鈉固體，作為副產品；
(5)固液分離：啟動壓濾機12，將濃密機6底部淤泥、及循環槽10內溶液送入壓濾機12，進行壓濾實現固液分離，達到去除重金屬離子的目的。其中，壓濾後的固體廢渣委託有危險廢物處理資質的單位處置，壓濾後的清液進入中和工段：壓濾後的清液經石灰漿中和、再次壓濾分離後，清液達標排放，固體廢渣作為一般固體廢物處置。
上述含重金屬離子廢水處理後，循環槽10水樣檢測結果如表1所示，本實施例處理後的廢水在酸性環境下即達到國家排放標準，從而使中和工序產生的廢渣屬於一般固體廢物，較大的降低了企業處理危險廢物的成本，具有較好的應用前景。
表1處理前後結果對比(mg/l)：
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。