CN101481221B

CN101481221B - 一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法

Info

Publication number: CN101481221B
Application number: CN2008100323303A
Authority: CN
Inventors: 王如意; 陈荣欢; 石洪志; 顾德仁; 石磊
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: CN101481221A

Abstract

本发明公开了一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，其主要特征为：将粉煤灰、高炉渣等硅酸盐工业废渣用作吸附剂处理印染、制药、焦化、造纸、重金属、氮磷、含油、脱硫和生活等废水后所产生的硅酸盐渣泥干燥破碎后，以1～10％的比例作为调质剂添加到高温熔融的钢渣内。利用出钢后的高温熔融钢渣来无害化处置废水处理后产生的硅酸盐渣泥，同时，还利用此类硅酸盐渣泥作为钢渣的调质剂，利用硅酸盐渣泥中存在的硅或铝酸性化合物来调节钢渣碱度，降低钢渣中的游离氧化钙含量，消除钢渣体积的不安定性。

Description

一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法

技术领域

本发明属于固体废物处理技术领域，特别涉及对废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法。

背景技术

粉煤灰、高炉渣等硅酸盐工业废渣，来源广泛，价格低廉，由于这些硅酸盐废渣的富含氧化硅、铝、铁等多种活性组分，又具有多孔的结构，可通过化学和物理途径对各种污染物进行吸附，且具有中和、混凝等能力；可有效地去除某些工业废水中的有机物(TOC、COD)、色度、重金属、磷等化学物质；因而，近年来粉煤灰、高炉渣等硅酸盐渣被广泛的用于印染、含油、制药、造纸、焦化、重金属、氮磷等废水处理中，取得了良好的效果，也降低了处理的成本。

废水中的有机物(TOC、COD)、NH₃-N主要被吸附去除；P被吸附或生成磷酸钙而被去除；废水中的金属和重金属元素可被吸附去除，或被在废水作用下硅酸盐工业废渣产生的可溶性硅酸或硅酸化学固定去除；故此类渣泥中因为吸附或化学固定了有机物、重金属、金属、P、NH₃-N等污染物，需要对其进行妥善处理处置；为避免废水处理产生的渣泥成为新的污染源，必须要为其找到一个安全的处置或利用办法，一般的处置或利用方法为：a、填埋，但其填埋成本高，安全填埋成本更高；b、作为建筑材料，如作为制砖原料，但其存在生态风险；如中国专利CN1175927中将改性后的粉煤灰用作吸附剂处理废水产生的渣泥用作制砖的原料，中国专利CN1760138A将粉煤灰用作吸附剂处理矿井废水后产生的粉煤灰渣泥浓缩为作为建筑材料；但上述专利渣泥的处置利用技术有其局限性，只能针对特定性质的废水处理产生的渣泥，且最终处置利用为建筑材料时存在生态风险。

发明内容

本发明目的是提供一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，一是利用出钢后的高温熔融钢渣来无害化处置废水处理后产生的硅酸盐渣泥；二是利用此类硅酸盐渣泥作为钢渣的调质剂，利用硅酸盐渣泥中存在的硅或铝酸性化合物来调节钢渣碱度，降低钢渣中的游离氧化钙含量，消除钢渣体积的不安定性。

本发明的技术方案为：一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，将废水处理后产生的硅酸盐渣泥干燥破碎，以1～10％的比例作为调质剂添加到高温熔融的钢渣内。在高温熔融钢渣的熔融固化以及晶化过程中，硅酸盐渣泥会融合到高温熔融钢渣中，在此过程中，一方面渣泥中吸附的有机物、氨氮等被高温去除，重金属、P等被固化稳定，另一方面硅酸盐渣泥调节了钢渣碱度，部分消除钢渣中的游离氧化钙，消除了其体积的不安定性。融合了硅酸盐渣泥的高温熔融钢渣水淬冷却后可以再加以利用。

出钢后的钢渣呈熔融状态，温度大约在1600℃左右。将一定比例的废水处理后产生的硅酸盐渣泥加入熔融的高温钢渣里，硅酸盐渣泥中吸附的有机物、氨氮可被高温燃烧去除，磷可通过化学反应被固定在磷酸三钙及由五氧化二磷、氧化镁、氧化铁、氧化锰等组成的各种复杂固溶体相中(如MnO-Fe_xO_y-P₂O₅-MgO)。同时，硅酸盐废渣中吸附或化学固定的重金属部分被固定在钢渣中，因熔融钢渣对重金属有较强的稳定束缚效果，在高温熔融钢渣的熔融固化以及晶化过程中，一部分重金属组分与硅酸盐渣泥及钢渣中的SiO₂、Al₂O₃、MgO、FeO等组分通过反应形成硅酸盐相、铁酸盐相等被固定在钢渣中，构建了重金属与氧化物组分之间的紧密化学键，以Cr、Zn、Pb、Cd等为例，在熔融固化过程中碱性硅酸盐材料吸附或化学固定的重金属可能发生如下的化学反应：

MgO+Cr₂O₃——MgO·Cr₂O₃

FeO+Cr₂O₃——FeO·Cr₂O₃

ZnO+SiO₂——ZnSiO₃

CdO+Al₂O₃——CdAl₂O₄

PbO+SiO₂——Pb₂SiO₄

一部分重金属可能通过晶体离子交换稳定束缚于钢渣的晶相中，成为晶体结构的一部分，从而被牢固地束缚，难以浸出。另外一部分沸点较低的重金属添加到高温熔融钢渣时部分挥发，可通过集尘装置回收。

出钢钢渣的温度大约在1600℃左右，呈熔融状态；利用钢渣高温显热，向熔融状态下的钢渣中加入一定量的含SiO₂或Al₂O₃的化合物，进行二次造渣反应，就可以调节钢渣碱度、消除钢渣中的游离氧化钙，化学反应式为：

SiO₂+nCaO＝nCaO·SiO₂

Al₂O₃+mCaO＝mCaO·Al₂O₃

少量的硅酸盐渣泥加入到高温熔融的钢渣，在熔融固化及晶化过程中，渣泥主要组分融合到钢渣中，钢渣的矿相依旧、主要组成成分变化较小，并不影响其后续的建材、道路等方面的综合利用；且硅酸盐渣泥的融入可降低钢渣的游离氧化钙的含量，消除钢渣的体积不安定性，避免影响后续的建材或道路利用时的膨胀风险，通常钢渣建材或道路利用时游离氧化钙(f.CaO)要求控制在5％以下；融合了硅酸盐渣泥的高温钢渣，利用滚筒、浅盘、热闷现有渣处理工序按常规进行水淬粒化处理后利用。

优选地，所述硅酸盐渣泥为粉煤灰、高炉渣、脱硅渣等硅酸盐工业废渣用作废水处理吸附剂时产生的渣泥。吸附是指硅酸盐废渣作为吸附剂加入到废水中的混合吸附、吸附混凝或硅酸盐废渣作为废水处理吸附过滤层时的过滤吸附。

优选地，所述废水包括印染、制药、焦化、造纸、重金属、氮磷、含油、脱硫和生活等处理工序中适宜用硅酸盐工业废渣作吸附剂处理的废水。

优选地，所述干燥破碎后的硅酸盐渣泥粒径≤3cm。为保证添加硅酸盐渣泥后高温熔融钢渣的流动性，及渣泥和高温熔融钢渣的充分混合，同时考虑调质的效果及操作的经济性，硅酸盐渣泥的粒径要控制在一定范围内，最好≤3cm。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

①利用高温熔融钢渣及其渣处理工序，处理处置废水处理产生的含硅酸盐渣泥，节省了此渣泥处理处置(如填埋)昂贵的费用。

②资源化利用了废水处理产生的硅酸盐渣泥，将其用作钢渣的调质剂，调节了钢渣碱度，降低了钢渣游离氧化钙的含量，消除钢渣体积的不安定性，从而有利于钢渣的后续利用。

③本发明方法对硅酸盐渣泥中的多种污染物如有机物、重金属、磷、氨氮、氟有效，可同时无害化了多种污染物，克服了常规处置方法只对单一污染物有效的缺点。

④利用高温钢渣的显热，高温去除废渣泥中的有机污染物转变为CO₂释放。

⑤利用高温熔融钢渣中硅、铝、镁、铁等和重金属元素的反应及随后的水淬过程，稳定化了硅酸盐渣泥中的重金属等金属污染物，使其无害化。

附图说明

图1为本发明一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示，某活性紫印染工业废水，原水COD1650mg/l、色度480，用铁水脱硅渣(120目)作为吸附剂进行预处理，投加量每吨水100kg，吸附反应时间30min，沉淀30min，出水COD476mg/l、色度120；将沉淀池的脱硅渣渣泥经浓缩脱水风干破碎(粒径小于3cm)后运到转炉炼钢出渣工序，脱硅渣渣泥加入到熔融的转炉钢渣中在出钢结束的在渣包内进行，作为钢渣的调质剂以10％的比例加入到出钢后的高温熔融转炉钢渣中，一段时间的融合反应后，经滚筒渣处理工序的水淬粒化处理，成为粒状的钢渣料，添加了脱硅渣渣泥后的转炉钢渣的游离氧化钙(fCaO)由未加的10.4降为1.7(表1)，在融合过程脱硅渣吸附的活性紫印染废水中的有机物(COD)被高温去除，转炉钢渣的TC未增加。

表1添加脱硅渣渣泥前后转炉钢渣的化学成分(％)

	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	TFe	TC	f.CaO
								转炉钢渣	48.21	11.32	10.08	1.94	17.21	＜0.1	10.4
脱硅渣渣泥	38.46	39.85	1.47	5.49	5.72	0.4	-
								融合了10％脱硅渣渣泥后的转炉钢	47.42	14.08	15.52	2.75	14.74	＜0.1	1.7

渣

实施例2

如图1所示，某含铬废水，原水主要污染物Cr(III)245mg/L，用炼铁厂高炉渣作为吸附剂进行处理，投加量每吨水8.5kg，吸附反应时间30min，沉淀30min，出水Cr(III)0.46mg/L，处理后的废水满足相关排放标准的要求；将沉淀池的高炉渣渣泥经浓缩脱水风干破碎(粒径小于3cm)后运到转炉炼钢出渣工序，高炉渣渣泥加入到熔融的转炉钢渣中在出钢结束的在渣包内进行，作为钢渣的调质剂以1％的比例加入到出钢后的高温熔融转炉钢渣中，一段时间的融合反应后，经滚筒渣处理工序的水淬粒化处理，成为粒状的钢渣料，添加了高炉渣渣泥后的转炉钢渣的游离氧化钙(fCaO)由未加的5.5降为4.9(表2)，在融合过程高炉渣吸附的Cr(III)通过化学反应大部分被固定在钢渣，小部分挥发的Cr被集尘装置收集，经重金属化学形态分析Cr以非水溶态存在；此高炉渣渣泥经国家浸出毒性(固体废物浸出毒性浸出方法GB5086.1-1997)测试Cr超标，不符合固体废物浸出毒性鉴别标准(危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-1996，)的要求，需妥善处置；而融合少量此高炉渣渣泥后的钢渣测试不超标，不影响后续建材和道路利用的环境安全要求。

表2添加高炉渣渣泥前后转炉钢渣的化学成分(％)

	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	TFe	FeO	Cr	f.CaO
									转炉钢渣	39.54	9.89	11.71	1.88	22.97	13.78	＜0.1	5.5
高炉渣渣泥	39.88	31.34	8.15	14.68	0.76	＜0.1	2.2	-
									融合了1％高炉渣渣泥后的转炉钢渣	39.56	9.97	11.69	1.95	22.97	13.71	＜0.1	4.9

实施例3

如图1所示，某烧结脱硫废水第一步用石灰乳中和到pH9.0去除Zn、Cu、Cr、Ni等重金属，第二步用电厂干排的粉煤灰对废水中的有机物、氨氮、Pb、Cd和进行吸附处理，原水TOC21.6mg/L、NH₃-N64mg/L、Pb18mg/L、Cd3.47mg/L，以每升废水15g的比例加入粉煤灰，吸附反应30min，出水TOC5.8mg/L、NH₃-N17mg/L Pb0.35mg/L、Cd0.12mg/L，将沉淀池的粉煤灰渣泥经浓缩脱水风干破碎(粒径小于3cm)后运到转炉炼钢出渣工序，粉煤灰渣泥加入到熔融的转炉钢渣中在出钢结束的在渣包内进行，作为钢渣的调质剂以5％的比例加入到出钢后的高温熔融转炉钢渣中，一段时间的融合反应后，经滚筒渣处理工序的水淬粒化处理，成为粒状的钢渣料，添加了粉煤灰后的转炉钢渣的游离氧化钙(fCaO)由未加的8.9降为4.5(表3)，在融合过程有机物(TOC)、氨氮被高温去除，部分挥发的Pb、Cd被集尘装置收集，部分Pb、Cd被固定在转炉钢渣中，经重金属化学形态分析铅、镉以非水溶态存在。此废水产生的粉煤灰渣泥经国家浸出毒性(固体废物浸出毒性浸出方法GB5086.1-1997)测试Pb、Cd超标，不符合固体废物浸出毒性鉴别标准(危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-1996，)的要求，需妥善处置；而融合粉煤灰渣泥后的钢渣测试不超标，不影响后续建材和道路利用的环境安全要求。

表3添加粉煤灰渣泥前后转炉钢渣的化学成分(％)

	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	TFe	FeO	f.CaO
								转炉钢渣	48.03	11.25	10.28	1.89	17.09	12.50	8.9
粉煤灰渣泥	4.1	46.7	1.1	27.0	3.06	1.53	-
								融合了5％粉煤灰渣泥后的转炉钢渣	46.74	13.27	8.37	3.22	16.48	8.23	4.5

Claims

1.一种废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，其特征在于：将废水处理后产生的硅酸盐渣泥干燥破碎后，以1～10％的比例作为调质剂添加到高温熔融的钢渣内。

2.如权利要求1所述的废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，其特征在于所述硅酸盐渣泥为粉煤灰、高炉渣、脱硅渣，硅酸盐工业废渣用作废水处理吸附剂时产生的渣泥。

3.如权利要求1或2所述的废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，其特征在于所述废水为印染、制药、焦化、造纸、脱硫和生活处理工序中适宜用硅酸盐工业废渣作吸附剂处理的废水，以及含有重金属、氮磷、油的适宜用硅酸盐工业废渣作吸附剂处理的废水。

4.如权利要求1所述的废水处理后产生的硅酸盐渣泥的处置方法，其特征在于所述干燥破碎后的硅酸盐渣泥粒径≤3cm。