利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法及其設備的製作方法
2023-05-03 03:18:26
專利名稱：利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及廢水淨化處理技術，具體地指ー種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法及其設備。
背景技術：
在鋼鐵エ業生產鍍鋅板、彩塗板產品的後處理工序中，大多採用成熟的鉻酸鹽鈍化工藝，該エ藝會產生一定量的含鉻廢水，且廢水中的鉻主要以六價鉻形式存在，六價鉻具有很大的毒性，屬第一類汙染物，能在環境及人體中長期積累並對人體產生長遠的不利影響，攝入過量的鉻或長期接觸含鉻廢水對人體有致癌作用。鑑於含鉻廢水的危害性，鋼鐵行業歷來都非常重視含鉻廢水的處理。在エ業廢水中，國家規定六價鉻排放濃度要小於0. 5mg/L,總鉻含量不超過I. 5mg/L。
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國內外常用的含鉻廢水處理方法很多，按其作用原理可分為物理方法、化學方法、物理化學方法以及生物方法四類，其中以物理化學和化學方法為主。化學方法因其處理效果好、初期投資少、運行管理方便、耐衝擊負荷大等特點而成為含鉻廢水處理最實用有效的方法，也是目前應用最為廣泛的方法。鋼鐵廠含鉻廢水的傳統化學還原法是在酸性條件下利用還原劑將毒性較高的六價鉻還原為毒性較小的三價鉻，然後再加入石灰或NaOH，使其在鹼性條件下生成氫氧化鉻沉澱。常用的還原劑主要是Na2SO3,NaHS03、FeSO4等，在還原法現有的處理流程中，需要一到兩級反應池進行還原反應，還需要中和池、沉澱池等，其反應流程較長，設備佔地較大，且在反應過程中需要額外投加大量的還原劑，為了提高六價鉻的還原率，還需要外加調節溶液PH值的H2SO4,藥劑成本較高。為了解決上述問題，公開號為CN102399037A的中國發明專利申請公開說明書介紹了ー種在酸性環境下用硫酸亞鐵作還原劑將六價鉻還原成三價鉻、然後加入鹼性物質調整PH值在71之間進行中和處理，最後沉澱去除鉻的方法。但該方法在反應過程中需投加大量的硫酸和硫酸亞鐵，藥劑成本高；而且在鹼性條件下沉澱過濾時，三價鉻沉澱容易被重新氧化成六價鉻，造成出水不達標；另外該方法涉及調節池、處理池和沉澱池等多個池體，具有運行成本聞和佔地面積大的缺點。公開號為CN101481165A的中國發明專利申請公開說明書介紹了ー種處理含鉻廢水的方法，其利用エ業廢硫酸溶液調節酸鹼度，然後用液態的氯化亞鐵進行ニ級還原，將六價鉻還原成三價鉻，最後加入鹼調節pH值在61之間，沉澱去除鉻。該方法同樣需用到調節池、兩個還原池、中和池，和沉澱池等多個池體，且涉及兩級還原反應，存在反應流程長、運行成本高及管理難度大等問題。另ー方面，在鋼鐵エ業的燒結エ藝中，鐵礦石、煤及焦粉等原料中的硫在高溫條件下氧化生成ニ氧化硫並通過煙氣排放至大氣環境中，造成對大氣環境的汙染。2008年我國重點統計的鋼鐵エ業排放ニ氧化硫110萬噸,其中燒結エ序排放80萬噸，約佔全國ニ氧化硫排放總量的5%，燒結煙氣中SO2濃度由於其エ序中使用的原燃料的產地、品種變化而發生變化，從數百mg/m3到大於5000mg/m3,但大多數情況下能維持在100(T2000mg/m3的範圍內。在實際運行時，燒結煙氣需要先經過靜電除塵或布袋除塵，再進行幹法或溼法脫硫，達標後才能向外排放，這也増大了燒結エ藝的運行成本。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題提供ー種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法及其設備。採用該方法及其設備能有效去除鋼鐵エ業廢水中的六價鉻，不僅エ藝簡單、操作容易、去除效率高，而且以廢治廢、運行成本低、不會產生二次汙染。為實現上述目的，本發明通過鋼鉄工業燒結エ序產生的燒結煙氣，利用燒結煙氣中SO2具有易溶於水和強還原性的特點，將含鉻廢水中的六價鉻還原為三價鉻，為了避免燒結煙氣中粉塵對反應裝置的影響，該燒結煙氣須經過除塵處理，並通過在還原反應後的出水中加入鹼改變三價鉻的存在形式，使以離子形態存在的三價鉻轉化為Cr(OH)3M澱。該方法具體包括如下步驟I)以常規預除塵後的燒結煙氣作為還原劑，將其通入到流動的含鉻廢水中，強迫 兩者發生充分的氣液兩相接觸，使燒結煙氣中易溶於水的SO2與含鉻廢水中的六價鉻發生化學反應，最終還原生成三價鉻；2)對經過步驟I)反應後逸出的尾氣進行鹼液吸收處理，將尾氣中多餘的SO2和不溶於水的NOx吸收乾淨；或者，對經過步驟I)反應後逸出的尾氣進行常規脫硫脫硝處理；3)在經過步驟I)反應後生成的三價鉻廢水中加入鹼塊，使廢水中以離子形態存在的三價鉻沉澱下來，收集下層沉澱，排放上層清液。上述步驟I)中，控制反應後生成的三價鉻廢水的氧化還原電位值在0. 172V至-0. 93V之間。
上述步驟I)中，控制反應後生成的三價鉻廢水的pH值在4. (T5. 0之間。為保證六價鉻的還原率，反應過程中需充入足量的燒結煙氣，而燒結煙氣的量過大會造成反應後SO2大量剰餘，從而引起廢水PH值大幅下降，這樣不但不利於三價鉻的沉澱也會增大尾氣量，因此優選pH值在4. (T5.0之間。燒結煙氣與六價鉻反應，其反應原理為3S02 + Cr2O72-+ 2H+ = 2Cr3+ + 3S0 廣 + H2O上述步驟I)中，常規預除塵後的燒結煙氣中SO2含量為100(T2000mg/m3、N0x含量為20(T500mg/m3、粉塵含量彡50mg/m3。燒結廠的煙氣處理工藝是先經過電除塵或布袋除塵去除煙氣中99%的粉塵，然後再經幹法或溼法脫硫去除90%以上的SO2,因此，所述常規預除塵後的燒結煙氣即除塵後、脫硫前的燒結煙氣。上述步驟2)中，鹼液採用NaOH溶液；上述步驟3)中，鹼塊採用Ca(OH)2或NaOH。鹼液優選用NaOH水溶液作為尾氣的吸收劑，吸收多餘的SO2和不溶於水的N0X，從而避免逸出的有害氣體對環境造成二次汙染；反應後的出水進入反應沉澱池，在反應沉澱池中加入鹼塊進行中和反應，其中所用鹼塊優選Ca(OH)2或NaOH,以便有效地將反應後出水中的離子形態三價鉻變成沉澱狀的鉻進行去除，其反應原理為Cr3++30F = Cr (OH) 3 I為實現上述方法而專門設計的ー種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，包括封閉式反應槽，所述封閉式反應槽的進水側設置有進水管，所述進水管通過輸送泵與含鉻廢水槽相連；所述封閉式反應槽的出水側設置有出水管，所述出水管與反應沉澱池相連；所述封閉式反應槽的頂部並列設置有多根進氣支管，所述多根進氣支管的首端與進氣總管的輸出端相連，所述多根進氣支管的末端伸入至封閉式反應槽下部；所述封閉式反應槽的出水側上部設置有出氣管，所述出氣管與尾氣吸收槽或脫硫脫銷設備相連；所述封閉式反應槽的出水側還設置有用於檢測水質的氧化還原電位測定儀和PH測量計。進ー步地，所述封閉式反應槽內沿進水管至出水管方向間隔設置有多塊隔水板，且相鄰的隔水板交錯布置，從而使其內的含鉻廢水呈蛇形流動狀態；所述多根進氣支管的末端分別伸入間隔設置的多塊隔水板之間。相鄰的隔水板交錯布置，含鉻廢水在隔板間呈蛇形流動，相比水流的直線運動，蛇形流動方式延長了水力停留時間，再結合多根進氣支管的末端分別伸入多塊隔水板之間這種多點進氣方式，使得氣液兩相被迫充分接觸發生化學反應，從而提高了六價鉻的還原率和SO2的利用率，實現了六價鉻向三價鉻的有效轉化，並減少了 SO2的逸出量和減輕了後續尾氣處理的負擔。更進一歩地，所述進氣總管的輸入端與過濾器相連。對常規預除塵後的燒結煙氣作進ー步的除塵處理，以避免燒結煙氣中殘留粉塵對後續反應產生不良影響。
優選地，所述進水管和多根進氣支管上設置有流量計。根據預定的最佳氧化還原電位值或範圍，然後通過調節進水管和各進氣支管上的流量計來控制進氣流量和含鉻廢水的流量，從而保證有利於反應進行的最佳氣液比例。更優選地，所述多根進氣支管的末端設置有煙氣擴散器。煙氣擴散器用於在進氣支管末端形成氣泡，增大氣液接觸面積，使得廢水中六價鉻的反應更為徹底，進ー步提高了六價鉻的還原率。與現有技術相比，本發明具有如下優點其一，本發明採用的處理劑為燒結煙氣，利用鋼鐵行業燒結廠除塵後、脫硫前燒結煙氣中的高濃度SO2來還原軋鋼廢水中的六價鉻，燒結煙氣中的SO2易溶於水使反應液呈酸性，有利於氧化還原反應進行，使得六價鉻的還原率能達到90%以上，節省了傳統方法中需大量用到的Na2S03、NaHS03及H2SO4等藥劑，從而提高了六價鉻最終的去除率，降低了運行成本，達到以廢治廢的目的。其ニ，本發明設計的封閉式反應槽設有多根進氣支管，強迫氣液兩相充分接觸反應，使得六價鉻反應更加徹底，大幅度提高了六價鉻的還原率，使得最終處理後的含鉻廢水能達標排放；氣液兩相充分接觸反應有利於減少SO2的逸出量，增設尾氣吸收槽或脫硫脫銷設備，進而徹底吸收逸出的尾氣，避免了二次汙染。相比傳統含鉻廢水處理工藝需涉及多級反應或多個反應池體，本發明エ藝簡單、運行費用低、佔地面積小、而且操作容易。其三，利用氧化還原電位測定儀來控制燒結煙氣進氣量和含鉻廢水進水流量，從而達到有效提高六價鉻還原率的目的，該操作簡單、可靠。
圖I為ー種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進ー步的詳細說明，便於更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。
如圖I所示利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，包括封閉式反應槽2，封閉式反應槽2為耐酸腐蝕的有機玻璃製成的長方形箱體，長寬高分別為0. 08m、0. 04m及0. 04m，整體密封，封閉式反應槽2的進水側側壁距底面20cm處開有進水ロ，進水口上連有進水管4，進水管4通過輸送泵17與含鉻廢水槽16相連，進水管4上設置有流量計9和進水閥門18 ；封閉式反應槽2的出水側側壁上距底面15cm處開有出水ロ，出水口上連有出水管5，出水管5上設有出水ロ閥門7，出水管5與反應沉澱池3相連；封閉式反應槽2的頂部並列設置有多根進氣支管8，各進氣支管8上均設有流量計9，進氣支管8的末端設置有煙氣擴散器15,進氣支管8的首端與進氣總管6的輸出端相連,進氣總管6的輸入端與過濾器I相連，進氣總管6上設有進氣ロ閥門19，進氣支管8的末端伸入至封閉式反應槽2內下部；封閉式反應槽2的出水側上部設置有出氣管13，出氣管13與尾氣吸收槽14或脫硫脫銷設備相連；封閉式反應槽2的出水側還設置有用於檢測水質的氧化還原電位測定儀11和pH測量計12，其探頭置於封閉式反應槽2內的反應液中。其中，封閉式反應槽2內沿進水管4至出水管5方向間隔設置有多塊隔水板10，且相鄰的隔水板10交錯布置，從而使其內的含鉻廢 水呈蛇形流動狀態；上述多根進氣支管8的末端分別伸入間隔設置的多塊隔水板10之間，如可以在封閉式反應槽2內前後側壁間低於頂壁的位置沿進水管4至出水管5方向間隔設置五塊相互平行的隔水板10，隔水板10按其下沿與封閉式反應槽2的底面密閉連接及隔水板10的下沿與封閉式反應槽2的底面留有一段間距兩種形式交錯布置，封閉式反應槽2的頂部並列設置有四根進氣支管8，四根進氣支管8的末端依次分別伸入五塊隔水板10中兩兩相鄰的隔水板10之間的區域，廢水交錯從隔水板10頂部和底部通過，在整個封閉式反應槽2內呈蛇形流動，使氣液充分接觸；也可以將上述五塊隔水板10都固定在封閉式反應槽2的底面上，然後按照在隔水板10底部開通孔與不開通孔兩種形式交錯布置，廢水交錯從隔水板10頂部和相鄰隔水板10底部的通孔中通過。其中，進氣支管8和隔水板10的數量可根據需要減少或増加。利用燒結煙氣處理含鉻廢水的處理方法的エ藝過程如下首先，本發明以常規預除塵後的燒結煙氣作為還原劑，燒結廠煙氣預除塵エ藝ー般是先用電除塵或布袋除塵去除燒結煙氣中99%的粉塵，預除塵後煙氣的主要成分是SO2和 NOx，其中 SO2 含量為 100(T2000mg/m3，NOx 含量為 20(T500mg/m3，粉塵含量彡 50mg/m3，粉塵濃度雖然很小，但為了避免細小粉塵對反應裝置的影響，本發明用小型過濾器I對燒結煙氣中的細小粉塵作了進ー步去除。其次，開啟進水閥門18和輸送泵17，將含鉻廢水由含鉻廢水槽16輸送至封閉式反應槽2中；進水的同時開啟進氣ロ閥門19和出水ロ閥門7，並將進氣ロ閥門19和進氣支管流量計9開至最大以保證前期進水中六價鉻的還原率，從而進一歩除塵處理後的燒結煙氣作為還原劑經進氣總管6、各級進氣支管8和煙氣擴散器15後均勻分散至含鉻廢水中，廢水因隔水板10的交錯布置而在整個封閉式反應槽2內呈蛇形流動，pH測量計12監控最終出水pH值在4. (T5. 0之間；並通過氧化還原電位測定儀11控制反應末端溶液氧化還原電位在 0. 172v 至-0. 93v 之間。然後，將反應前期未完全反應的含鉻廢水用泵和管線(圖中未示出)回流至含鉻廢水槽16中，反應後逸出的尾氣用NaOH溶液吸收處理，將尾氣中多餘的SO2和不溶於水的NOx吸收乾淨；或者，對反應後逸出的尾氣進行常規脫硫脫硝處理。
最後，出水經封閉式反應槽2上的出水管5進入反應沉澱池3，往反應沉澱池3內加入鹼塊，如=Ca(OH)2或NaOH，攪拌進行反應，使廢水中以離子形態存在的三價鉻沉澱下來，收集下層沉澱，排放上層清液。
另外，以燒結煙氣中SO2作為還原劑與含鉻廢水充分接觸發生氧化還原反應的同吋，也可以將燒結煙氣與Na2SO3, NaHSO3或FeSO4中的一種或幾種聯合使用，這樣比起傳統投藥處理方法，不僅能節省還原法所消耗的大量藥劑，給企業節約生產成本，而且不產生ニ次汙染，達到以廢治廢目的。
權利要求
1.一種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法，其特徵在於該方法包括如下步驟 1)以常規預除塵後的燒結煙氣作為還原劑，將其通入到流動的含鉻廢水中，強迫兩者發生充分的氣液兩相接觸，使燒結煙氣中易溶於水的SO2與含鉻廢水中的六價鉻發生化學反應，最終還原生成三價鉻； 2)對經過步驟I)反應後逸出的尾氣進行鹼液吸收處理，將尾氣中多餘的SO2和不溶於水的NOx吸收乾淨；或者，對經過步驟I)反應後逸出的尾氣進行常規脫硫脫硝處理； 3)在經過步驟I)反應後生成的三價鉻廢水中加入鹼塊，使廢水中以離子形態存在的三價鉻沉澱下來，收集下層沉澱，排放上層清液。
2.根據權利要求I所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法，其特徵在於所述步驟I)中，控制反應後生成的三價鉻廢水的氧化還原電位值在O. 172V至-O. 93V之間。
3.根據權利要求I或2所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法，其特徵在於所述步驟I)中，控制反應後生成的三價鉻廢水的pH值在4. (Γ5. O之間。
4.根據權利要求I或2所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法，其特徵在於所述步驟I)中，燒結煙氣中SO2含量為100(T2000mg/m3、NOx含量為20(T500mg/m3、粉塵含量≤50mg/m3。
5.根據權利要求I或2所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法，其特徵在於所述步驟2 )中，鹼液採用NaOH溶液；所述步驟3 )中，鹼塊採用Ca (OH) 2或NaOH。
6.一種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，包括封閉式反應槽(2)，其特徵在於所述封閉式反應槽(2)的進水側設置有進水管(4)，所述進水管(4)通過輸送泵(17)與含鉻廢水槽(16)相連；所述封閉式反應槽(2)的出水側設置有出水管(5)，所述出水管(5)與反應沉澱池(3)相連；所述封閉式反應槽(2)的頂部並列設置有多根進氣支管(8)，所述多根進氣支管(8)的首端與進氣總管(6)的輸出端相連，所述多根進氣支管(8)的末端伸入至封閉式反應槽(2)下部；所述封閉式反應槽(2)的出水側上部設置有出氣管(13)，所述出氣管(13)與尾氣吸收槽(14)或脫硫脫銷設備相連；所述封閉式反應槽(2)的出水側還設置有用於檢測水質的氧化還原電位測定儀(11)和pH測量計(12)。
7.根據權利要求6所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，其特徵在於所述封閉式反應槽(2)內沿進水管(4)至出水管(5)方向間隔設置有多塊隔水板(10)，且相鄰的隔水板(10)交錯布置，從而使其內的含鉻廢水呈蛇形流動狀態；所述多根進氣支管(8)的末端分別伸入間隔設置的多塊隔水板(10)之間。
8.根據權利要求6或7所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，其特徵在於所述進氣總管(6)的輸入端與過濾器(I)相連。
9.根據權利要求6或7所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，其特徵在於所述進水管(4 )和多根進氣支管(8 )上設置有流量計(9 )。
10.根據權利要求6或7所述利用燒結煙氣處理含鉻廢水的設備，其特徵在於所述多根進氣支管(8)的末端設置有煙氣擴散器(15)。
全文摘要
本發明公開了一種利用燒結煙氣處理含鉻廢水的方法及其設備。該方法包括以預除塵後的燒結煙氣作為還原劑，強迫氣液兩相充分接觸，使燒結煙氣中的SO2與含鉻廢水中的六價鉻發生化學反應，最終還原生成三價鉻；反應後逸出的尾氣進行鹼液吸收處理或常規脫硫脫硝處理；加入鹼塊使以離子形態存在的三價鉻沉澱去除。其設備包括封閉式反應槽，所述封閉式反應槽的頂部並列設置有多根進氣支管，所述多根進氣支管的末端伸入至封閉式反應槽下部，所述封閉式反應槽的出水側還設置有用於檢測水質的氧化還原電位測定儀和pH測量計。該方法及設備能有效去除六價鉻，不僅工藝簡單、操作容易、去除效率高，而且以廢治廢、運行成本低、不會產生二次汙染。
文檔編號C02F101/22GK102795726SQ201210307828
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者王麗娜, 薛改鳳, 張壘, 段愛民, 張楠, 付本全, 劉璞, 盧麗君, 劉尚超 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司