CN102107963B - 钢铁工业酸洗废水和金属离子的处理方法 - Google Patents
钢铁工业酸洗废水和金属离子的处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种钢铁工业酸洗废水和金属离子的处理方法，该方法是将酸洗废水经自流入集水井中，然后通过泵的提升进入预中和滤池，预中和滤池中设置粒10-200mm石灰石，石灰石按级配分布，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，出水pH控制在5-6；与常规的直接投加碱溶液的做法相比，大大降低了药剂费用和运行成本。经过初步酸碱调节后酸洗废水自流入隔油调节池中，使废水中的铁离子与碱溶液反应，形成氢氧化铁、氢氧化锌等沉淀混合物。通过泵提升至膜固液分离器中，完成固液分离，使废水达标排放，本发明彻底解决了沉淀难沉降、除铁难和铁离子反溶问题，工艺简单，经济，运行可靠，对工人技术水平要求不高，可控性强，具有很好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于环境保护废水处理技术领域，涉及工业废水的处理方法，更具体的说是一种钢铁工业酸洗废水和重金属离子的处理方法。
背景技术
钢铁元件毛坯在表面电镀、喷涂前一般都要经过酸洗，以清除表面的氧化物，因而产生酸洗废水。不同的生产工艺酸洗废水中，pH值较低，呈强酸性，含有不同浓度的亚铁离子、锌离子、铜离子或镍离子等。此类钢铁工业酸洗废水的主要治理手段为传统的曝气中和沉淀法，一般先利用曝气将亚铁离子氧化成铁离子，之后利用投加碱液沉淀废水中的铁离子，投加PAM(聚丙烯酰胺)在絮凝反应池内絮凝反应后，进入沉淀池固液分离，出水达标后排放。也有人利用超滤膜作为系统的保障工艺，但由于受石灰作为钢铁工业酸洗废水中和剂的影响，超滤膜的应用和推广受到了一定的限制和阻碍。传统的曝气中和沉淀法虽然可行，但在实际工程应用中却存在以下问题：
(1)工艺路线冗长，占地面积大；
(2)传统工艺对反应条件要求高，抗冲击能力差，当预处理的原水水量、水质及反应条件发生较大波动时出水质量不稳定，效果难以保证。
(3)需投加絮凝剂和助凝剂，废水单位运行成本高，容易引起二次污染；
(4)化学沉淀法工艺系统复杂，对工人技术水平要求高，工人劳动强度大，运行操作控制困难；
(5)废水中含较高浓度铁离子时，在沉淀池不易沉淀，导致污泥量大，污泥含水率高。此外，沉淀混合物在沉淀池停留时间长，会出现铁离子反溶现象，导致出水中COD(化学需氧量)指标超标，引发二次污染。也正是因为以上种种原因，限制了传统工艺发展和在实际工程中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种钢铁工业酸洗废水和金属离子的处理方法，该方法不但能够去除酸洗废水中的酸根，而且能有效去除废水中的铁、锌、铜等离子，阻止废水中金属离子的反溶，降低工人的劳动强度，同时能够保证系统稳定运行，不需要投加絮凝剂等药剂，不会产生二次污染。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
(1)将酸洗废水经自流入集水井中，然后进入预中和滤池，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，控制pH值在5-6；
(2)预中和后的酸洗废水自流至隔油调节池，调节和均化酸洗废水的水量和水质；
(3)再将酸洗废水进入综合反应池，将3-5％的石灰溶液加入到综合反应池中，其加入量以pH控制在7-10之间为准，反应时间30-120分钟；
(4)将综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据实际情况确定回用量和废水排放量。
本发明优选的处理方法，其中按如下的步骤进行：
(1)将酸洗废水经自流入集水井中，然后通过泵的提升进入预中和滤池，预中和滤池中设置粒径10-200mm石灰石，石灰石按级配分。其中的级配分布是指按粒径从大到小或从小到大分布，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，出水pH稳定到5-6。
(2)预中和后的酸洗废水自流至隔油调节池，隔油调节池内设置油水分离器，利用油水分离器除去生产过程中带入废水中的油脂，并通过隔油调节池调节和均化酸洗废水的水质和水量；
(3)将预处理后的酸洗废水进入综合反应池，综合反应池中设置充氧常规曝气系统，用于氧化废水中的亚铁离子。同时利用石灰投加系统将配置好的石灰溶液，浓度一般配置成3％-5％，投加量根据后面综合反应池的ph计自行控制，因废水的水质和水量各不相同，自动投加到综合反应池中，使废水中已氧化的铁离子形成氢氧化铁沉淀，其它金属离子也同步形成沉淀。
综合反应池中设置pH探头，利用pH探头反馈信号的稳定性确定综合反应池是否反应完全，一般ph值稳定在7-10之间，优选控制在8～9.5，pH值不再发生变化即表示反应已经完全；反应时间30-120分钟，优选40-100分钟。
(4)将综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据实际情况确定回用量和废水排放量。
本发明所述的隔油调节池调节和均化，其中的调节和均化就使各个点的废水性质相同。一般工业废水在不同的排放时间，废水水量和水质是不同的，通过调节池可以保证系统的处理水量稳定，废水水质均衡。
本发明进一步公开了所述的处理方法在制备作为处理钢铁工业酸洗废水中重金属离子成分方面的应用。其中的金属离子为：铜、锌、镍或铁。
酸洗废水自流至集水井内，通过泵提升至预中和滤池，本发明预中和滤池放置一定最不同粒径的石灰石，利用石灰石初步调节酸洗废水的pH值至5-6，与常规的直接投加碱溶液的做法相比，大大降低了药剂费用和运行成本。经过初步酸碱调节后酸洗废水自流入隔油调节池中，隔油调节池的主要作用是调节废水的水质水量，去除酸洗废水中的油脂。酸洗废水经过综合反应池的曝气氧化，并向池中投加石灰溶液(浓度3％-5％，通过综合反应池的ph计完成自动控制)，使废水中的金属离子与碱溶液反应，形成金属沉淀混合物。通过泵提升至膜固液分离器中，完成固液分离，使废水达标排放，部分达标水可以用于厂区的绿化或生产工艺用水等。
本发明中采用膜固液分离器替代传统工艺中的混凝沉淀，解决了氢氧化铁等沉淀难沉淀，污泥量增加和反溶的问题。
为了更加清晰地理解本发明，本发明提供具体的处理方法，其步骤如下：
1、预中和：本发明在预中和滤池中投放一定量的石灰石(CaCO3)，废水通过泵提升进入预中和滤池，酸洗废水中的酸根离子与石灰石其化学反应，降低废水中的氢离子浓度，以此初步调节废水的酸碱度。通过此种方法，可以降低废水处理系统的运行成本，使预中和的废水的酸碱度稳定，减轻酸洗废水对后续工艺的冲击负荷。
反应方程式如下：
2H-+CaCO3＝Ca2++CO2+H2O
石灰石作为酸碱的预调节药剂，降低了采用常规氢氧化钠或氢氧化钙等药剂调节酸碱而产生的费用，同时利用此方法调节的酸洗废水出水pH稳定在5-6之间。
2、综合反应：在预中和反应和隔油调节后，废水进入综合反应系统，综合反应是系统的关键步骤。在综合反应中需要通入空气和石灰溶液(浓度3％-5％，一般投入量通过综合反应池的pH计自动控制，当综合反应池的pH稳定到7-10，优选8-8.5(根据废水中金属离子的种类有所不同)左右不再改变时，投药自动停止。一方面利用空气中的氧气氧化废水中的亚铁离子，另一方面利用碱液中的氢氧根与废水中的氢氧化亚铁和铁离子形成氢氧化铁沉淀，反应方程式如下：
4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3
生成氢氧化铁沉淀难溶于水，相对氢氧化亚铁更加稳定，颜色为红棕色，当废水中pH(数字在7～8)不在发生变化时，说明废水中的亚铁离子已经完全转化为三价的铁离子。废水中亚铁离子转化为铁离子完全程度影响后续的废水污染物的去除效果。根据废水中铁含量的不同，综合反应时间不同，一般综合反应时间设定30-120分钟。
3、膜固液分离器：膜固液分离器是钢铁行业酸洗废水处理中的核心部分，是高效去除金属沉淀的设施，去除率高达95％以上，去除效果稳定，完全替代了传统意义上的沉淀池。采用传统沉淀池时，由于氢氧化铁为胶体状态，当达到一定浓度后在沉淀池中不易沉淀，澄清液层少，污泥量大，处理效果不稳定。此外，采用传统处理方法时，会出现因排放水致使沉淀池内酸碱度变化而引起的金属离子反溶的现象，导致废水不能稳定达标排放。而膜固液分离器可以完全屏蔽这些问题。
本发明中首次将膜固液分离器引入钢铁工业酸洗废水处理中，膜固液分离器不受废水中引入的钙离子的影响，同时可以快速且稳定截留废水中的沉淀物，彻底解决了上述问题。此外，此工艺缩短了絮凝-沉淀等繁冗的工艺战线，减少了占地面积。而且，不需额外投加助凝剂等药剂，降低废水处理的运行成本。系统可自行调节污泥含固率(污泥含固率可高达5％以上)，减少了后续污泥处理成本。最重要是本发明彻底解决了金属沉淀难沉降、除铁难和铁离子反溶问题，工艺简单，经济，运行可靠，对工人技术水平要求不高，可控性强。
附图说明
图1为本发明钢铁工业酸洗废水处理工艺流程示意图；
图2为钢铁工业酸洗废水传统中和沉淀处理工艺流程示意图。
具体实施方式
为了更充分地解释本发明的实施方法，提供了一种钢铁工业酸洗废水和重金属离子处理方法的实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。
实施例1
选用来自钢铁工业冷轧酸洗废水处理工程，酸洗废水的原水水质如下：
磷酸根＝300～350mg/L；COD≤300mg/L；pH≥1～2；总铁≤1500mg/L。
结合附图对本发明的实施过程做具体说明：
(1)酸洗废水进水时的pH为2，废水自流入集水井中，废水通过泵的提升进入预中和滤池，预中和滤池中设置粒径10-100mm石灰石，石灰石按级配分布，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，出水pH可以稳定到6左右。
(2)预中和后酸洗废水自流至隔油调节池，隔油调节池内设置油水分离器，利用油水分离器除去生产过程中带入废水中的油脂，并通过隔油调节池调节和均化酸洗废水，保证酸洗废水水质和水量稳定。
(3)经过系列预处理后，酸洗废水进入综合反应池，综合反应池中设置常规的充氧曝气系统，用于氧化废水中的亚铁离子。同时利用石灰投加系统将配置好的石灰溶液(浓度5％，一般投入量通过综合反应池的pH计反馈信号自动控制)自动投加到综合反应池中，当综合反应池的pH稳定到7.5～8)不再改变时，表示反应已完全，投药自动停止。碱液使废水中已氧化的铁离子形成氢氧化铁沉淀。综合反应池中设置pH探头，利用pH探头反馈信号的稳定性确定综合反应池是否反应完全，反应时间40分钟。
(4)经综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池。中间水池作为膜固液分离器的缓冲池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据企业实际情况确定回用量和废水排放量。
(5)定期排放膜固液分离器中截留的沉淀物至污泥池，污泥通过污泥脱水系统浓缩减量后，外运处置。膜固液分离器根据实际使用情况定期利用酸和空气反冲洗，以保证膜系统运行的稳定和可靠性。
经上述方法其中一组检测数据如下：
| 项目 | pH | 总铁 | COD | 磷酸根 |
| 原水 | 1～2 | 814mg/l | 262mg/l | 52.5 |
| 处理出水 | 7～8 | 未检出 | 12.5mg/l | 未检出 |
传统中和沉淀处理法和本发明的对比如下：
本表中两种方法数据和工艺流程比较后，本发明的出水指标优于传统的处理方法，同时本发明的吨废水耗药成本要低于传统的处理方法，占地面积更小，对环境造成的污染更小，更适用于排放标准和中水回用标准，可以为企业在水资源再生利用方面提供更多的机会，降低企业的运营成本。
实施例2
选用来自钢铁工业冷轧酸洗废水处理工程，酸洗废水的原水水质如下：
pH≥2；锌≤45.8mg/L；总铁≤500mg/L
结合附图对本发明的实施过程做具体说明：
(1)酸洗废水进水时的pH约为2，废水自流入集水井中，废水通过泵的提升进入预中和滤池，预中和滤池中设置粒径50-200mm石灰石，石灰石按级配分布，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，出水pH可以稳定到6左右。
(2)预中和后酸洗废水自流至隔油调节池，隔油调节池内设置油水分离器，利用油水分离器除去生产过程中带入废水中的油脂，并通过隔油调节池调节和均化酸洗废水，保证酸洗废水水质和水量稳定。
(3)经过系列预处理后，酸洗废水进入综合反应池，综合反应池中设置常规的充氧曝气系统，主要用于废水反应搅拌，及氧化废水中的含有的亚铁离子。同时利用石灰投加系统将配置好的石灰溶液(浓度3％，一般投入量通过综合反应池的pH计反馈信号自动控制)自动投加到综合反应池中，当综合反应池的pH稳定到9～9.5不再改变时，表示反应已完全，投药自动停止，碱液使废水中的金属离子形成沉淀。综合反应池中设置pH探头，利用pH探头反馈信号的稳定性确定综合反应池是否反应完全，反应时间40分钟。
(4)经综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池。中间水池作为膜固液分离器的缓冲池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据企业实际情况确定回用量和废水排放量。
(5)定期排放膜固液分离器中截留的沉淀物至污泥池，污泥通过污泥脱水系统浓缩减量后，外运处置。膜固液分离器根据实际使用情况定期利用酸和空气反冲洗，以保证膜系统运行的稳定和可靠性。
经上述方法其中一组检测数据如下：
| 项目 | pH | 总铁 | 锌 |
| 原水 | 2 | 332mg/l | 52.5mg/l |
| 处理出水 | 6～9 | 未检出 | 0.2mg/l。 |
Claims (2)
1.一种钢铁工业酸洗废水和重金属离子的处理方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)将酸洗废水经自流入集水井中，然后进入预中和滤池，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，控制pH值在5-6；
(2)预中和后的酸洗废水自流至隔油调节池，调节和均化酸洗废水的水量和水质；
(3)将酸洗废水进入综合反应池，综合反应池中设置常规的充氧曝气系统，用于氧化废水中的亚铁离子，再将3-5％的石灰溶液加入到综合反应池中，其加入量以pH控制在7-10之间为准，反应时间30-120分钟；
(4)将综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据实际情况确定回用量和废水排放量。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中按如下的步骤进行：
(1)将酸洗废水经自流入集水井中，然后通过泵的提升进入预中和滤池，预中和滤池中设置粒径10-200mm石灰石，石灰石按级配分布，酸洗废水经过石灰石的预中和处理后，出水pH控制在5-6；
(2)预中和后的酸洗废水自流至隔油调节池，隔油调节池内设置油水分离器，利用油水分离器除去生产过程中带入废水中的油脂，并通过隔油调节池调节和均化酸洗废水的水质和水量；
(3)将预处理后的酸洗废水进入综合反应池，综合反应池中设置充氧曝气系统，同时利用石灰投加系统将配置好的3％-5％石灰溶液自动投加到综合反应池中，综合反应池中设置pH探头，利用pH探头反馈信号的稳定性确定综合反应池是否反应完全，pH控制在8-8.5之间；反应时间40-100分钟；
(4)将综合反应后的酸洗废水混合溶液排至中间水池，利用泵将反应混合液提升至膜固液分离器中，经过固液分离后，清液排放至清水池储存，根据实际情况确定回用量和废水排放量。
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