CN102627366B - 一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法 - Google Patents
一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，包括以下步骤：步骤（1）：还原反应；步骤（2）：中和沉淀；步骤（3）：过滤；步骤（4）：活性炭吸附；步骤（5）：电容吸附脱盐。本发明是将五氧化二钒废水进行深度处理，变废为宝，在处理五氧化二钒废水的同时充分利用废水中高浓度的钠盐，使得废水再生循环利用的方法。该发明设备简单，运行成本低，不产生二次污染，而回收的含高浓度钠盐的废水可以排入到制球用盐水池中，作为加盐制球的盐水重新利用，再生回用水可以作为浸提工段的浸钒用水循环利用到生产工艺中去，不仅能够提高资源利用率，还能彻底解决废水排放产生的环境污染问题，做到废水污染物零排放，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及工业废水处理及资源循环利用，特别是涉及一种电容吸附脱盐的低钠焙烧－水浸提钒法生产五氧化二钒的废水处理及资源循环利用方法，属于环境工程领域。
背景技术
五氧化二矾(V2O5 )用途广泛，可以用于制造钒铁合金钢，在合成氨工业中起脱碳、脱硫和催化剂作用，是印染、陶瓷的着色材料，石油化工装置中设备防腐的缓蚀剂，也是制备钒化合物的原料。生产五氧化二钒的传统工艺为：
采矿→选矿→破碎、粉碎→混料→制球→焙烧→水浸→沉清→离子交换→沉粗钒→过滤→铵沉- 煅烧→产品
废水主要是沉钒废水，来源于焙烧熟料浸出过程。生产过程中采用的浸出方法为普遍适用的钠化焙烧熟料水浸。在浸出过程中除了钒的可溶性化合物溶解外，钠化焙烧过程中生成的一些可溶性杂质离子，如Fe2+、Fe3+、Cr3+、Mn2+、A13+、SiO3 2-和PO4 3-等也被溶解。然而这些杂质离子在浸出液的pH值（正常情况下为7.5~9.0）下，或经调整pH值后，大部分发生水解反应而沉淀进入渣中。SiO3 2-和PO4 3-水解后生成可溶性化合物，继续留在浸出液中。经多次洗浸后的含钒溶液聚集了浓度较高的Na+、SS和有毒重金属离子，特别是的V5+、Cr6+。Cr6+经呼吸道吸人的不溶性铬盐长期停留在肺组织内，是导致肺癌的主要因素之一 ；V5+可刺激呼吸、消化及神经系统，也可损害皮肤、心脏和肾脏，使皮肤出现炎症并引起变态性疾病。同时钠法焙烧沉钒废水中氯化钠含量高达1~2%，电导率达10000μs～25000μs，氨氮浓度高达15~100 mg/L，具有消耗水体的溶解氧，加速底泥中营养物质的释放、影响给水水源，增加给水成本、氮化合物对人体和生物有毒害作用、出现水体富营养化等危害。可见沉钒废水对环境及人体的危害极大。因此，促进五氧化二钒废水高效处理、无害化与综合利用关键技术研发具有重大的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有五氧化二钒废水成分复杂、治理难度大、达标排放难、回收利用难等问题，提供一种五氧化二钒生产废水的治理和再生循环利用方法，不仅从根本上解决五氧化二钒废水的污染问题，而且通过废水的再生资源化利用，节约自来水用水量，减少单位产品的水耗，并通过回收高浓度钠盐废水，从而减少五氧化二钒生产原料氯化钠的消耗，最终实现废水污染物零排放。
本发明所述一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法包括以下步骤：
步骤（1）：还原反应
废水首先进入调节池，调节水量、均衡水质，然后由泵打入还原反应池，在还原反应池中加入酸调节pH值为2~3，经充分混合均匀后，在酸性条件下投加还原剂，将废水中的六价铬还原为三价铬，经充分反应后流入中和反应池。
所述的还原剂为硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫化钠或硫代硫酸钠。
所述的酸为硫酸或盐酸。
步骤（2）：中和沉淀
在中和反应池中投加入碱，使得废水中的大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀，反应完全后流入沉淀池进行泥水分离，污泥沉淀经泵和管道送入污泥池中，最后在污泥脱水装置中进行过滤分离，上清液经管道进入多介质过滤罐。
所述的碱为石灰、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸纳。
步骤（3）：过滤
沉淀分离所得的上清液经过多介质过滤或微滤过滤分离，除去废水中的杂质。
所述的多介质过滤装置的滤料为石英砂、无烟煤和卵石，过滤速度为7.5～20m/h；多介质过滤装置工作压力≤0.6MPa，0.04 MPa≤进水水压≤0.4MPa，反冲洗进水水压≥0.15 MPa，进出口压差为0.01~ 0.015MPa，反冲洗强度为4~25L/(s·m)，反冲洗历时3~7min，反洗膨胀率为40~50%。
步骤（4）：活性炭吸附
将过滤所得的废水经过活性炭吸附塔，进一步去除残留在废水中的重金属离子、色度、臭味和有机物等，得到净化废水。
步骤（5）：电容吸附脱盐
将活性炭吸附的电导率为10000～25000μs/cm净化废水泵入电容吸附脱盐机脱盐得电导率小于1000μs/cm的透过液和浓缩液，透过液收集到再生水箱，得到再生水，并作为生产中浸提工段的浸钒用水，浓缩液含高浓度钠盐，排入到五氧化二钒生产中的加盐制球工段盐水池中，作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。
所述的电容吸附脱盐为将活性炭吸附的净化废水泵入电容吸附脱盐机，在直流电压为110V/m ~2×106V/m的条件下，吸附脱盐，将电导率为10000～25000μs/cm废水的脱盐到电导率500～1000μs/cm，得到电导率小于1000μs/cm的脱盐淡水和电导率大于120000μs/cm浓缩盐水，脱盐率达85~95%。
五氧化二钒生产工序为： 破碎、粉碎，②制球，③焙烧，④浸提，⑤沉清，⑥离子交换，⑦沉钒，⑧过滤，⑨洗涤、甩干，⑩煅烧等多个工段。
本发明是将五氧化二钒废水进行深度处理，变废为宝，在处理五氧化二钒废水的同时充分利用废水中高浓度的钠盐，使得废水再生循环利用的方法。该发明设备简单，运行成本低，不产生二次污染，而回收的含高浓度钠盐的废水可以排入到制球用盐水池中，作为加盐制球的盐水重新利用，再生回用水可以作为浸提工段的浸钒用水循环利用到生产工艺中去，不仅能够提高资源利用率，还能彻底解决废水排放产生的环境污染问题，做到废水污染物零排放，提高经济效益。特别是采用该方法可以将五氧化二钒废水中有价值的钠盐回收并再利用，不但可以减少对原料的消耗，还可以确保五氧化二钒的产品质量。
附图说明
图1为本发明所述一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法实施例的结构组成示意图。
具体实施方式
本发明是在对现有五氧化二钒生产废水的成份、性质和现有处理方案进行深入系统的对比研究之后完成的对五氧化二钒废水处理及再生循环利用工艺的设计，通过中和沉淀、电容吸附脱盐等工艺的组合运用，从而形成一种五氧化二钒废水处理及资源循环利用方法。
下面实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
以下结合图1所示，给出五氧化二钒废水处理及资源循环利用方法的具体实施例。
实施例1
500吨/日五氧化二钒废水处理及资源循环利用工程。
所述五氧化二钒废水的水质情况如表1所示。
表1 五氧化二钒废水的水质情况
步骤1：还原反应
废水按21ｍ3/h的流速进入调节池，调节水量、均衡水质，然后由泵打入还原反应池，在还原反应池中加入20%的硫酸调节pH值为2~3，经充分混合均匀后，在酸性条件下投加饱和硫酸亚铁溶液，将废水中的六价铬还原为三价铬，经充分反应后流入中和反应池。
步骤2：中和沉淀
在中和反应池中投加石灰，使得废水中的大部分重金属离子产生氢氧化物沉淀，反应完全后流入沉淀池进行泥水分离，污泥沉淀经泵和管道送入污泥池中，最后在污泥脱水装置中进行过滤分离，上清液经管道进入多介质过滤罐，泥饼填埋。
步骤3：过滤
沉淀分离所得的上清液经过多介质过滤罐过滤分离，除去废水中的杂质。
所述多介质过滤装置的滤料为石英砂、无烟煤和卵石，过滤速度为7.5～20m/h；多介质过滤装置工作压力≤0.6MPa，0.04 MPa≤进水水压≤0.4MPa，反冲洗进水水压≥0.15 MPa，进出口压差为0.01~ 0.015MPa，反冲洗强度为4~25L/(s·m)，反冲洗历时3~7min，反洗膨胀率为40~50%。
步骤4：活性炭吸附
将多介质过滤所得的废水经过活性炭吸附塔，进一步去除残留在废水中的重金属离子、色度、臭味和有机物等，得到约25000μs/cm净化废水（氯化物含量为2.2%，下同）。
步骤5：电容吸附脱盐
将活性炭吸附所得电导率约为25000μs/cm的净化废水泵入电容吸附脱盐机脱盐得电导率为630μs/cm透过液（氯化钠含量0.6%）和电导率为138751μs/cm（氯化钠含量13.8%）浓缩液，透过液收集到再生水箱，得到再生水440吨/天，并作为生产中浸提工段的浸钒用水，含13.8%氯化钠的浓缩液60吨/天，排入到五氧化二钒生产中的加盐制球工段盐水池中，作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。
所述的电容吸附脱盐为将活性炭吸附的净化废水泵入电容吸附脱盐机，在直流电压为110V/m的条件下，吸附脱盐，将电导率为11280μs/cm废水的脱盐，得电导率为630μs/cm的脱盐淡水和电导率138751μs/cm浓缩盐水，脱盐率为95%。电导率138751μs/cm浓缩盐水作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。
表2 再生的水质情况
表3 浓缩水的水质情况
实施例2
1200吨/日五氧化二钒废水处理及资源循环利用工程。
所述五氧化二钒废水的水质情况如表4所示。
表4 五氧化二钒废水的水质情况
步骤1：还原反应
废水按60ｍ3/h的流速进入调节池，调节水量、均衡水质，然后由泵打入还原反应池，在还原反应池中加入盐酸调节pH值为2~3，经充分混合均匀后，在酸性条件下投加还原剂亚硫酸氢钠，将废水中的六价铬还原为三价铬，经充分反应后流入中和反应池。
步骤2：中和沉淀
在中和反应池中投加氢氧化钠，使得废水中的大部分重金属离子产生氢氧化物沉淀，反应完全后流入沉淀池进行泥水分离，污泥沉淀经泵和管道送入污泥池中，最后在污泥脱水装置中进行过滤分离，上清液经管道进入多介质过滤罐。
步骤3：过滤
沉淀分离所得的上清液经过微滤过滤器过滤分离，除去废水中的杂质。
步骤4：活性炭吸附
将多介质过滤所得的废水经过活性炭吸附塔，进一步去除残留在废水中的重金属离子、色度、臭味和有机物等，得到净化废水。
步骤5：电容吸附脱盐
将活性炭吸附所得氯化物含量为1.1%的净化废水泵入电容吸附脱盐机脱盐得电导率为523μs/cm透过液（氯化钠含量0.5%）和电导率为123643μs/cm（氯化钠含量13.2%）浓缩液，透过液收集到再生水箱，得到再生水1100吨/天，并作为生产中浸提工段的浸钒用水，含13.2%氯化钠的浓缩液100吨/天，排入到五氧化二钒生产中的加盐制球工段盐水池中，作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。
所述的电容吸附脱盐为将活性炭吸附的净化废水泵入电容吸附脱盐机，在直流电压为2×106V/m的条件下，吸附脱盐，将电导率为11280μs/cm废水的脱盐，得电导率为523μs/cm的脱盐淡水和电导率123643μs/cm浓缩盐水，脱盐率为95%。电导率123643μs/cm浓缩盐水作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。再生水和浓缩水的水质情况如表5、表6所示。
表5 再生的水质情况
表6 浓缩水的水质情况
上述各实施例中步骤1中的还原剂可为硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫化钠或硫代硫酸钠，上述各实施例中步骤2中的碱可为石灰、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸纳。
Claims (6)
1.五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）：还原
五氧化二钒废水经过混合均匀后，加入酸调节pH值为2~3，混合均匀后，加入还原剂，将废水中的六价铬还原为三价铬；
步骤（2）：中和沉淀
向步骤（1）经过还原后的五氧化二钒废水中加入碱，使得废水中的大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀，反应完全后经沉淀分离为污泥和上清液；
步骤（3）：过滤
将步骤（2）沉淀分离所得的上清液经过多介质过滤装置或微滤装置过滤，除去废水中的大颗粒固体悬浮物；
步骤（4）：活性炭吸附
将步骤（3）过滤所得的废水经过活性炭吸附，进一步去除残留在废水中的固体悬浮物和重金属，得到净化废水；
步骤（5）：电容吸附脱盐
将活性炭吸附的净化废水泵入电容吸附脱盐机脱盐得透过液和浓缩液，透过液收集到再生水箱，得到再生水，并作为生产中浸提工段的浸钒用水，浓缩液含高浓度钠盐，排入到五氧化二钒生产中的加盐制球工段盐水池中，作为加盐制球工段的盐水使用，减少氯化钠加入量。
2.根据权利要求1所述的五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于步骤（1）所述的酸为硫酸或盐酸。
3.根据权利要求1所述的五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于步骤（1）所述的还原剂为硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫化钠或硫代硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于步骤（2）所述的碱为石灰、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸纳。
5.根据权利要求1所述的五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于步骤（3）所述的多介质过滤装置的滤料为石英砂、无烟煤和卵石，过滤速度为7.5～20m/h；多介质过滤装置的工作压力≤0.6MPa，0.04 MPa≤进水水压≤0.4MPa，反冲洗进水水压≥0.15 MPa，进出口压差为0.01~ 0.015MPa，反冲洗强度为4~25L/(s·m)，反冲洗历时3~7min，反洗膨胀率为40~50%。
6.根据权利要求1所述的五氧化二钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于步骤（5）所述的电容吸附脱盐为将活性炭吸附的净化废水泵入电容吸附脱盐机，在直流电压为110V/m ~2×106V/m的条件下，实现初步脱盐，将电导率为10000μs/cm～25000μs/cm的废水脱盐，得到电导率小于1000μs/cm的脱盐淡水和电导率大于120000μs/cm浓缩盐水，脱盐率达85~95%。
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