CN100400427C

CN100400427C - 一种含重金属酸性废水处理及利用的方法

Info

Publication number: CN100400427C
Application number: CNB2006100417528A
Authority: CN
Inventors: 张有贤; 魏海平
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Tianjin Baiteng Productivity Promotion Center Co. Ltd.
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN1931729A

Abstract

本发明涉及一种工业含重金属酸性废水的处理及利用的方法。该方法包括下列步骤：1.含重金属的酸性废水分别经两种特殊材料过滤设施过滤净化；2.净化水制酸；3.经过滤设施出口的较低含酸浓度的废水循环利用。使用本工艺方法，产生的净化水还可用于制酸及回用生产工艺过程中的循环水，废水回用率可达到90%以上，处理过程中产生的污泥中的重金属元素可回收利用，可以达到废水回收综合利用和环境保护的目的，实现经济效益和环境效益的双丰收。

Description

一种含重金属酸性废水处理及利用的方法

技术领域

本发明涉及冶炼、化工、金属加工、矿山及其他工业生产过程中产生的含重金属的酸性废水处理及利用的方法。

背景技术

我国冶炼、化工、金属加工、矿山等行业在生产过程中会消耗大量水资源，同时会产生大量含重金属离子的酸性废水。由于技术及投入不足，回收利用费用高，废水中的重金属难以回收，废水也得不到较好的回收利用。对于这类废水的处理，目前国内有多种方法。如：中和沉淀法、硫化沉淀法、氧化还原法、铁氧化法、浮选法、吸附法、生物絮凝法、离子交换法等。但一般常用的仍为中和法，所用的工艺流程：重金属酸性废水→沉砂池→(投入石灰乳)混合反应池→沉淀池→净化水→外排。石灰中和法处理含重金属离子的酸性废水是一种较为古老的方法。它之所以至今仍被广泛采用，是由于它对重金属离子有很高的去除率(大于99％)，几乎可处理除汞以外的所有重金属离子。但是，这种方法存在劳动卫生条件较差，资源浪费，处理费用高，产生的污泥体积大、不易处理、腐蚀性较强等弊端。例如：

a、石灰中和处理废水后，生成的重金属氢氧化物——矾花，比重小，在强搅拌或输送时又易碎成小颗粒，所以它的沉降速度慢。往往会在沉降分离过程中随水流外溢，又使处理后的废水浊度升高，含重金属离子仍然超标。已沉降的矾花或中和渣泥的含水率极高(达99％以上)，其过滤脱水性能又很差，加上组成复杂，含重金属品位又低，这给综合回收利用与处置带来了困难，甚至造成二次污染；

b、含重金属酸性废水经石灰法处理后可获得净化水，减少工业废水的排放。然而，这种净化水因其具有较高的pH值和钙离子含量容易引起净化水输水管道及用水设备严重结垢，制约净化水回用。解决结垢，需在回用水中投加水质稳定剂，虽然可以解决明显结垢的问题，但更增加了处理成本，含磷的水质稳定剂还可能造成排放水中磷含量超标；

c、当酸性废水中含重金属离子浓度较高、成分较复杂时，单靠一定pH值条件不能实现一次去除水中的各种重金属离子，需在各级中和槽设定pH值，增加了处理成本投入，检测过程中存在误差和检测信号滞后的问题，会影响重金属离子的去除效果；

d、石灰乳等钙系中和材料具有较强的腐蚀性，在运输、使用及贮存过程中都具有一定的危险性。使用过程中会对设备产生腐蚀及阻塞情况，维修也加大了处理成本；

e、由于采用化学方法处理，污泥中的成分复杂，重金属元素存在价态及形态复杂，且多为难溶解物质，难于回收，造成资源浪费。

据资料显示，我国每年仅冶炼酸性废水一项排放量非常可观，国内的12家大型重金属有色企业年用水量约为11786.41亿吨，工业重复用水量约为9194.81亿吨，复用率仅78％。而年外排工业废水量达1797.51亿吨，废水达标排放率仅为73％，既造成了资源的浪费，又污染附近水体，而且是影响工业用水复用率提高的重要因素。而化工、金属加工、矿山等行业均会产生大量的酸洗废水。由于处理工艺中存在的上述问题，造成资源的极大浪费及对环境的严重污染。因此，对含重金属酸性废水的净化处理是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有金属酸性废水处理存在的问题，本发明另辟蹊径，采用物理方法，提供一种含重金属酸性废水处理及利用的方法。从根本上解决含重金属酸性废水处理工艺中存在的资源浪费及可能造成的环境污染的问题，达到金属酸性废水资源回收利用之目的。

本发明采用新型过滤技术设计了一种工艺方法，能够对冶炼、化工、金属加工、矿山等行业生产过程中产生的含重金属酸性废水进行有效处理，对滤渣中的重金属等物质回收处理，并可进一步采取措施加以回收利用；同时实现净化水的重复利用，减少整个生产过程中的用水量；对酸性废水中的酸达到回收利用的效果。该方法使用的运行成本低、用料省、操作及维修简单，具有较好的节水、节能效果，同时可获得较好的经济效益和环境效益。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种含重金属酸性废水处理及利用的方法，包括以下的步骤：

(1)、含重金属的酸性废水送进陶瓷滤料过滤设施中

冶炼烟气制酸生产过程中产生含重金属的酸性废水，经沉淀池1沉淀后进入陶瓷滤料过滤设施5过滤。废水从过滤设施上部的入水口a流入，依次向下流经陶瓷滤料层c、承托层d，水中的悬浮物质等杂质经滤料层的机械性筛滤、沉淀、扩散、传递、静电吸附等作用被拦截，滤后清水进入下部空仓e，经出水口b向外供出。

为保证过滤设施正常工作，滤层以上应保持0.1-0.8m之间的作用水头。滤料粒径可在0.2-5.0mm之间，滤层厚度0.35-1.50m，承托层为陶瓷过滤板，过滤的流速为2-20m/h。

过滤设施反冲洗期间，关闭进水阀，待滤池中的处理水排空后，冲洗水和空气自b进入向上冲洗滤层。

(2)、经过陶瓷滤料过滤设施出口的较高含酸浓度滤液通过超滤膜设备净化

经陶瓷滤料过滤设施过滤后产生的滤液，含酸浓度达到5-15％时，再通过超滤膜设备3处理。超滤技术采用醋酸纤维材质的中空纤维管膜。进入中空纤维管膜的水在0.1-4.0Mpa压力条件下，从中空纤维管的内表面经压力驱动透过超滤膜，由外表面流出；经过滤的净水在滤筒内收集，自排水口排出；大于膜孔的悬浮物质及高分子溶质被膜截留作为浓缩液从另一端排出。

通过陶瓷滤料过滤设施和超滤膜设备时截留的含重金属的污泥可用压滤脱水机2脱水收集后回收利用脱出水分和重金属物质。

(3)、净化水制酸

经超滤膜设备处理的净化水的含酸浓度高于5％时，通入98％的浓硫酸溶液的吸收塔4中，产生反应SO₃+H₂O+H₂SO₄→2H₂SO₄+89178.8KJ，吸收制酸。

(4)、经过陶瓷滤料过滤设施出口的较低含酸浓度滤液的处理

经陶瓷滤料过滤设施处理的滤液中的含酸浓度低于5％时，将这一部分酸性废水经硫酸净化工序6利用后返回进水口，产生更高含酸浓度的酸性废水，重复上述(1)-(3)步的操作。

本发明的优点和产生的有益效果：

(1)、能够对冶炼、化工、金属加工、矿山等行业生产过程中产生的含重金属酸性废水进行有效处理(见表1)。

表1：陶瓷滤料、超滤膜过滤重金属酸性废水脱除效果

从表1中可以看出，陶瓷滤料过滤设施对固体悬浮物的脱除率为88％，再通过超滤膜过滤，对固体悬浮物的脱除率达到99.3％以上；回收的污泥可进一步采取措施加以回收利用；同时实现净化水的重复利用，回用率达到90％以上，减少整个生产过程中的用水量；对酸性废水中的酸达到回收利用的效果。

(2)、该方法中采用的陶瓷过滤材料和超滤膜材料，是近年废水处理工艺中普遍选用的材料。陶瓷滤料过滤设施具有很好的节水、节能效果，能延长过滤设备的使用寿命；具有强大的截污能力和吸附能力，对于水中的悬浮物具有较好的去除效果，处理效果稳定，反冲洗效果好。过滤后的废水满足净化用水的需要。

根据实际需要制备不同孔径的超滤膜。超滤膜技术对废水的处理过程是以压力为驱动力，废水经过滤后，固体悬浮物和大分子溶质被截留，而水透过膜，实现废水的净化。出水满足直接制酸用水的需要。

(3)、设备中的陶瓷滤料过滤设施和超滤膜装置均配备清洗设备。通过以上过程，最终实现含重金属酸性废水的净化和回收利用，降低对环境造成的影响，同时产生相应的经济效益。

综上所述，使用此种方法处理含重金属的酸性废水可以达到降低处理成本、节约资源、废水回收综合利用和环境保护的目的，实现经济效益和环境效益的统一。

附图说明

图1是本发明陶瓷滤料过滤设施结构图

图中：a.进水口

b.出水口(冲洗水入口)

c.陶瓷滤料层

d承托层

e.下部空仓

图2是本发明工艺流程图

图中：1.沉淀池

2.污泥收集

3.超滤膜装置

4.浓硫酸(98％)吸收塔

5.陶瓷滤料过滤设施

6.硫酸净化工序

具体实施方式

下面结合附图对本发明再作进一步的说明：

如图1、图2所示，冶炼烟气制酸生产过程中产生净化洗涤废水，水量为80～100m³/h，含酸约0.7％，总悬浮物(ss)为2480mg/L，含Cu、Ni、Pb、Ca等重金属的酸性废水，经沉淀池1沉淀后进入陶瓷滤料过滤设施5进行过滤。废水从过滤设施上部的入水口a流入，依次向下流经滤料粒径为2.0mm、滤层厚度为0.70m的陶瓷滤料层c和陶瓷过滤板d。在6m/h的滤速下，水中的悬浮物质及粒径在0.2-1.0mm之间的大分子颗粒物等杂质经滤料层的机械性筛滤(颗粒大于孔径或已沉积的颗粒之间的缝隙而被直接截留)、沉淀、扩散、传递、静电吸附等作用被拦截，滤后清水进入下部空仓e，经出水口b向外供出。

为保证过滤设施正常工作，滤层以上应保持0.1-0.8m之间的作用水头。过滤设施反冲洗期间，先关闭进水阀，待滤池中的处理水排空后，冲洗水和空气自b进入向上冲洗滤层。

经陶瓷滤料过滤设施5过滤后产生的滤液，含酸浓度超过5％时，再通过超滤膜设备3处理。

使用时，在0.6MPa压力下，进水量为5m³/h，经陶瓷滤料过滤设施5过滤后产生的滤液从中空纤维管的内表面经压力驱动透过孔径为0.1μm的超滤膜，由外表面流出；经过滤的净水在滤筒内收集，自排水口输出制酸；大于膜孔径的固体悬浮物和大分子溶质被膜截留作为浓缩液从另一端排出。

超滤膜材料采用醋酸纤维素衍生物(CA)耐酸性、耐腐蚀性的材料，膜通量10m³/(m²·h)。

通过陶瓷滤料过滤设施5和超滤膜设备3时截留的含重金属的污泥可用压滤脱水机脱水收集，将收集的污泥送冶炼系统回收利用。

通过陶瓷滤料过滤设施5对固体悬浮物和大分子颗粒物的去除率可达88％以上，通过超滤膜装置3净化后固体悬浮物和大分子溶质在净化水中的残留率低于1％。

经过陶瓷滤料过滤设施5和超滤膜设备3处理的净化水出口滤液中的含酸浓度高于5％且达到制酸用水要求时被送入吸收塔4，含酸浓度高于5％的滤液和98％的浓硫酸溶液分别从吸收塔4顶部喷下，产生反应。反应式为：SO₃+H₂O+H₂SO₄→2H₂SO₄+89178.8KJ，吸收制酸，成品从塔底流出。

经过陶瓷滤料过滤设施5出口滤液的含酸浓度低于5％时，将这一部分酸性废水经硫酸净化工序6利用后返回进水口，产生的更高含酸浓度的酸性废水，重复上述步骤的操作。

本工艺过程对酸的回收率达到90％以上，回水利用率达90％以上。

Claims

1.种含重金属酸性废水处理及利用的方法，其特征在于按以下步骤进行：

冶炼烟气制酸生产过程中产生含重金属的酸性废水，经沉淀后进入陶瓷滤料过滤设施(5)过滤，水中的悬浮物质及大分子颗粒物杂质经滤料层被拦截；经沉淀池(1)沉淀后，进入陶瓷滤料过滤设施(5)过滤后产生的滤液，含酸浓度达到5-15％时，再通过超滤膜设备(3)处理；通过陶瓷滤料过滤设施(5)和超滤膜设备(3)时截留的含重金属的污泥可用压滤脱水机(2)脱水收集后回收利用；经超滤膜设备(3)处理的净化水达到制酸用水要求时，通入98％的浓硫酸溶液的吸收塔(4)吸收制酸；经过陶瓷滤料过滤设施(5)出口的滤液含酸浓度低于5％时，经硫酸净化工序(6)利用后返回进水口。

2.根据权利要求1所述的一种含重金属酸性废水处理及利用的方法，其特征是过滤设施中的过滤材料为陶瓷滤料，陶瓷滤料的粒径可在0.2-5.0mm之间，滤层厚度0.35-1.50m，滤层以上应保持0.1-0.8m之间的作用水头。

3.根据权利要求1所述的一种含重金属酸性废水处理及利用方法，其特征是过滤设施中的承托层为陶瓷过滤板，过滤的流速为2-20m/h。