CN103288199B - 一种冶炼烟气制酸废水处理系统 - Google Patents

一种冶炼烟气制酸废水处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冶炼烟气制酸废水处理系统,该废水处理系统包括废水储罐(1),用于存放重金属废水;药剂储罐(2),用于存放与重金属废水反应的药剂溶液;超重力反应器(7),与废水储罐(1)和药剂储罐(2)连通,废水储罐(1)中的重金属废水和药剂储罐(2)中的药剂溶液在超重力反应器(7)中发生反应;储液罐(10),与超重力反应器(7)的液体出口(14)相连,超重力反应器(7)中反应后的液体通过液体出口(14)排放到储液罐(10)中。本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统采用一种新型的传质技术,可使硫化纳反应罐减小,传质加强,处理酸水中的重金属及砷效率提高,特别适合在高度、大小受限制的场合使用。

Description

一种冶炼烟气制酸废水处理系统
技术领域
本发明涉及一种处理冶炼烟气制酸废水的系统,尤其涉及铜、铅锌等冶炼行业中的冶炼烟气制酸废水处理系统。
背景技术
铜冶炼制酸系统排出的废酸,酸度一般在5~10%,含铜400~5000mg/l,含砷600~5000mg/l,先经铅压滤机去除固体颗粒物后,进入废酸原液槽,再进入硫化反应罐中投加硫化钠,使酸水中的铜砷离子形成硫化物沉淀后,经浓密、压滤而被去除。硫化钠加入到硫化反应罐后,先与酸水中的氢离子(比铜离子活泼)反应生成硫化氢气体。其主要反应机理为:部分硫化氢气体挥发出液相,大于硫化氢气体溶解平衡压力的那部分硫化氢气体进入液相与酸水中的铜砷离子反应生产不溶性沉淀物而被去除。
在这种机理下,要保持较高的铜砷去除效率,硫化反应槽中就必须保持较大的硫化氢气体压力,此时必然存在硫化氢泄漏中毒问题;硫化氢气体的爆炸限为4%-46%,气液界面较大的硫化氢气体压力也必然会导致气体中硫化氢浓度较高,遇明火有爆炸危险。如果要消除硫化氢气体中毒爆炸危险危害因素,硫化钠与酸水反应生成的硫化氢就需要及时排出,气液界面就无法保证硫化氢气体溶解所需要的气相分压,酸水中铜砷的去除率必然大幅度下降。
国内冶炼企业对于废酸除铜除砷一般采用的方法是:废酸与硫化钠同时投加到硫化反应槽中进行反应,保持一定的相对安全的气相压力,使硫化氢返溶进入液相与铜砷等离子反应,反应不完全逸出的硫化氢气体用酸水洗涤再次吸收,提高硫化氢气体的利用率,残余的硫化氢气体再用硫化钠溶液或者氢氧化钠溶液进行保安吸收。该方法只是相对提高了安全性,一定程度上减轻了硫化氢气体的危害,但仍然存在以下问题:
1、有硫化氢气体泄漏,存在中毒、爆炸等危险因素。传统的酸水硫化反应机理使得酸水硫化工序在保障安全与保障除铜除砷效率之间,难以形成统一。要得到高的除铜除砷效率,就需要保留有过量的硫化氢气体,存在中毒、爆炸等安全风险。
2、存在石膏渣、中和渣被界定为危险废弃物的风险。如果保障硫化反应安全,需要减少硫化钠的投加,会降低除铜除砷效率,导致反应后端的中和工序产生的石膏渣、中和渣毒性浸出指标将会超标,会被界定为危险固体废弃物,将按照危废管理专项法规进行管理,可能使企业承担巨额固废处理费用。
3、硫化钠过量率较大,造成大量未反应的硫化钠进入后续处理工序,需要消耗成本再次处理硫化物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使废酸与药剂均匀混合,实现快速传质的冶炼烟气制酸废水处理系统。
为实现上述目的,本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统的具体技术方案为:
一种冶炼烟气制酸废水处理系统,包括废水储罐,用于存放重金属废水;药剂储罐,用于存放与重金属废水反应的药剂溶液;超重力反应器,与废水储罐和药剂储罐连通,废水储罐中的重金属废水和药剂储罐中的药剂溶液在超重力反应器中发生反应;储液罐,与超重力反应器的液体出口相连,超重力反应器中反应后的液体通过液体出口排放到储液罐中。
本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统采用一种新型的传质技术,可使硫化纳反应罐减小,传质加强,处理酸水中的重金属及砷效率提高,特别适合在高度、大小受限制的场合使用。这种技术应用在烟气制酸废水处理,一方面可以大量降低冶炼烟气制酸废水处理装置建设费用,另一方面还可降低企业环保的运行费用。
另外,本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统采用超重力技术处理冶炼烟气制酸废水,可使常规的冶炼烟气制酸废水处理的硫化纳搅拌反应槽体积显著减小,提高了反应效率,减少加药量,为企业减少了环保投入,同时还有效防止了硫化氢的泄漏。
实际应用时,本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统在酸度5%-15%,超重力反应器转速为400r/min~800r/min,含重金属的废酸水与添加20%浓度硫化纳溶液的比例为200~500:1,废酸水温度为40±10℃时,酸水中的铜含量从150mg/L可处理到0.05mg/L,酸水中的砷从4100mg/L可处理到0.36mg/L,与现有的污酸处理装置相比显著提高了处理效率。
附图说明
图1为本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统的结构示意图;
图2为本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统的另一实施例的结构示意图;
图3为本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统中的超重力反应器的结构示意图;
图4为图3中的超重力反应器内部的反应液体流动示意图;
图5为图3中的超重力反应器的进液管连接的局部放大图;
图6为图3中的超重力反应器的进液管连接的另一实施例的局部放大图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能,下面结合附图,对本发明的一种冶炼烟气制酸废水处理系统做进一步详细的描述。
以下实施例是以处理铜冶炼制酸系统中排出的冶炼烟气制酸废水为例,其中,该废水中主要含有铜、砷等离子,处理原理是使废水中的铜、砷等离子与硫化纳发生化学反应产生沉淀,然后经浓密、压滤而去除。
如图1所示,本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统包括废水储罐1和药剂储罐2,废水储罐1用于放置重金属废水(如铜、砷离子废水),药剂储罐2用于放置溶解后的处理药剂(如硫化钠),其中,废水储罐1和药剂储罐2与超重力反应器7连通,废水储罐1中的重金属废水和药剂储罐2中的药剂溶液在超重力反应器7中发生反应。
具体来说,本实施例中的废水储罐1与第一射流器4的入口相连,且在废水储罐1与第一射流器4的入口之间设置有泵3,废水储罐1中的重金属(铜、砷)废水在泵3的作用下进入第一射流器4中。而药剂储罐2则与第一射流器4的负压吸入口相连,且在药剂储罐2与第一射流器4的负压吸入口之间也设有泵3,药剂储罐2中的药剂溶液(硫化钠溶液)在泵3的作用下进入到第一射流器4中,从而在第一射流器4中实现重金属(铜、砷)废水与药剂溶液(硫化钠溶液)的混合。应注意的是,本发明中的射流器为本领域中常用的射流器形式,具体结构不再详述。
进一步,如图1所示,第一射流器4的出口与超重力反应器7相连,第一射流器4中混合后的重金属废水和药剂溶液进入到超重力反应器7中,并在超重力反应器7内实现药剂与重金属废水的充分反应。
参见图3,本发明中的超重力反应器7中设置有反应器转子8,反应器转子8上设置有转动离心网9,具体为反应器转子8的外圆周上缠绕设置多层转动离心网9,以便使药剂与重金属废水的混合液可在多层转动离心网9中充分反应。其中,本实施例的超重力反应器7中设有两根进液管12,且两根进液管12正对设置在反应器转子8的两侧,进液管12与第一射流器4的出口相连,用于将混合后的重金属(铜、砷)废水和药剂溶液(硫化钠溶液)输送到超重力反应器7中。
关于超重力反应器7中进液管12的设置形式可具体参见图5所示,其中,反应器转子8具有转轴15,转轴15的一端与反应器转子8的转子侧壁81固定连接(可选用焊接等方式),用于带动整个反应器转子8旋转,而转轴15的另一端则穿过超重力反应器7的壳体71与同步轮18相连,由此,可通过同步轮18连接的动力设备(图中未示)带动同步轮18、转轴15一起转动,从而实现反应器转子8的预定旋转。
应注意的是,本实施例中的反应器转子8的转轴15为中空结构,而超重力反应器7的进液管12设置在转轴15的内部,且进液管12的端部延伸进入反应器转子8的内部,为保证进液管12在转轴15内部的定位,进液管12与转轴15之间设置有轴承17,优选为滚珠轴承。此外,为防止反应液体从转轴15和进液管12处渗出超重力反应器7,转轴15、进液管12和超重力反应器7的壳体71之间设有密封件16,而且优选的是,在与转轴15相连的同步轮18的外部还可设置有机械密封19,以加强超重力反应器7的密封效果。
进一步,延伸到反应器转子8内部的进液管12的端部设置有雾化喷头13,运行时,参见图4所示,由第一射流器4输送来的混合后的重金属(铜、砷)废水和药剂溶液(硫化钠溶液)通过雾化喷头13变成雾状喷出。本实施例中正对设置在反应器转子8两侧的进液管12对喷,使雾化液体相对碰撞后转向进入反应器转子8上设置的转动离心网9中,从而使得重金属(铜、砷)废水和药剂溶液(硫化钠溶液)在转动离心网9上充分反应,大大提高了处理效率。应注意的是,由于本实施例的超重力反应器7中设有两根进液管12,故如图1所示,第一射流器4的出口通过三通阀6与超重力反应器7中的两根进液管12分别相连。
此外,本实施例中两根进液管12上的雾化喷头13之间的距离根据超重力反应器7处理能力的不同,可选择设置为60mm到1000mm,而根据处理规模的不同,反应器转子8的直径可选择设置为300mm到2000mm,反应器转子8上设置的转动离心网9的网眼孔径可选择设置为0.02mm至1.75mm。
进一步,本发明中的超重力反应器7的进液管12的设置形式还可如图6所示,其中,反应器转子8具有转轴15,转轴15的一端与反应器转子8的转子侧壁81固定连接(可选用焊接等方式),用于带动整个反应器转子8旋转,而转轴15的另一端则穿过超重力反应器7的壳体71与同步轮18相连,由此,可通过同步轮18连接的动力设备(图中未示)带动同步轮18、转轴15一起转动,从而实现反应器转子8的预定旋转。
应注意的是,本实施例中的反应器转子8的转轴15为中空结构,内部可以直接通过液体,且转轴15与转子侧壁81相连的一端延伸进入到反应器转轴8的内部,与同步轮18相连的另一端则向外延伸与进液管12通过机械密封19相连,优选的是,进液管12的端部为机械密封19的静环,转轴15的端部为机械密封19的动环。由此,反应液体可由进液管12进入到转轴15内部,并通过转轴15延伸进入反应器转子8内部的端部喷射出,优选的是,转轴15的该端部设置有雾化喷头13。此外,为防止反应液体从转轴15处渗出超重力反应器7,转轴15和超重力反应器7的壳体71之间设有密封件16。
仍参见图3,本发明中的超重力反应器7的底部设置有液体出口14,其中,液体出口14与储液罐10相连,在超重力反应器7中反应后的液体可通过液体出口14进入到储液罐10中,以进行后续的过滤、沉淀等处理。此外,参见图1,本实施例中的储液罐10上形成有气体回收口11,用于回收反应后的气体(硫化氢气体),以防止气体的泄露。
具体来说,第一射流器1与超重力反应器7之间设置有第二射流器5,其中,第二射流器5的入口与第一射流器1的出口相连,第二射流器5的出口与超重力反应器7相连(具体为通过三通阀6与超重力反应器7中的两根进液管12相连),而第二射流器5的负压吸入口则与储液罐10上的气体回收口11相连。由此,储液罐10中残余的反应气体(硫化氢气体)可通过气体回收口11输送到第二射流器5中,并在第二射流器5中与重金属(铜、砷)废水、药剂溶液(硫化钠溶液)混合,从而实现了残余气体的回收,防止了气体泄漏事故的发生。
下面结合图1和图3对本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统的具体操作步骤做进一步的描述:
首先,通过废水储罐1与第一射流器4之间的泵3将废水储罐1中的重金属废水加压后输送至第一射流器4,同时通过药剂储罐2与第一射流器4之间的泵3将溶解后的硫化钠液体从药剂储罐2中也输送至第一射流器4,从而使硫化钠溶液与重金属废水在第一射流器4中混合。
其次,第一射流器4中混合后的液体(硫化钠溶液与重金属废水)进入到第二射流器5中,而储液罐10中的残余硫化氢气体则通过气体回收口11输送至第二射流器5中,由此在第二射流器5中将来自储液罐10的硫化氢气体混入到混合液中。
然后,通过第二射流器5后连接的三通阀6将混合液分为两路,分别进入到超重力反应器7中正对设置的两根进液管12中,并由进液管12端部的雾化喷头13将混合液雾化后喷入到超重力反应器7内部的反应器转子8中,雾化的混合液在反应器转子8中相对碰撞转向后进入到转动离心网9中,并在转动离心网9中实现硫化钠溶液与重金属废水的充分反应。
最后,超重力反应器7中反应后的液体通过液体出口14流入到储液罐10中,以进行后续的处理,而储液罐10中残余的硫化氢气体则通过储液罐10上的气体回收口11进入到第二射流器5中实现回收。
本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统采用新型的传质技术,具有传质分离效率高,设备体积小,操作维修方便等特点,特别适合在高度、大小受限制的场合使用。此外,在设备体积减少的同时,还有效的提高了反应效率,减少了加药量,防止了硫化氢的泄漏,为企业大大降低了环保处理的开支。
图2示出了本发明的冶炼烟气制酸废水处理系统的另一实施例的结构示意图。其中,废水储罐1中的重金属废水和药剂储罐2中的药剂溶液在超重力反应器7中实现混合。
具体来说,废水储罐1与第二射流器5的入口直接相连,且在废水储罐1与第二射流器5的入口之间设置有泵3,第二射流器5的出口则与超重力反应器7中的一根进液管12相连,第二射流器5的负压吸入口仍与储液罐10上的气体回收口11相连。而药剂储罐2则直接与超重力反应器7中的另外一根进液管12相连,且在药剂储罐2与超重力反应器7中的进液管12之间同样设置有泵3。
由此,如图2所示,本实施例的冶炼烟气制酸废水处理系统运行时:
首先,通过废水储罐1与第二射流器5之间的泵3将废水储罐1中的重金属废水加压后输送至第二射流器5中,而储液罐10中的残余硫化氢气体则通过气体回收口11输送至第二射流器5中,由此在第二射流器5中将来自储液罐10的硫化氢气体混入到来自废水储罐1的重金属废水中。
然后,混有硫化氢气体的重金属废水从第二射流器5进入到超重力反应器7中的一根进液管12中,并由进液管12端部的雾化喷头13雾化后喷出,同时,通过药剂储罐2与超重力反应器7中的进液管12之间的泵3将溶解后的硫化钠液体从药剂储罐2中直接输送至超重力反应器7中的另外一根进液管12中,并由进液管12端部的雾化喷头13雾化后喷出。由于重金属废水和硫化钠液体通过相对的雾化喷头13分别喷出,从而实现了重金属废水与硫化钠溶液的混合,且雾化的重金属废水与硫化钠溶液在反应器转子8中碰撞转向后会进入到转动离心网9中,并在转动离心网9中实现硫化钠溶液与重金属废水的充分反应。
最后,超重力反应器7中反应后的液体通过液体出口14流入到储液罐10中,以进行后续的处理,而储液罐10中残余的硫化氢气体则通过储液罐10上的气体回收口11进入到第二射流器5中实现回收。
综上,实际应用时,在酸度为10%,转速为400r/min-800r/min,药液比为100:1时,水中温度为40℃-50℃左右,酸水中的砷去除率可达98%以上,和目前酸水的处理方法相比,提高了效率的同时防止了硫化氢气体的泄漏。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述,但是应该理解的是,这里具体的描述,不应理解为对本发明的实质和范围的限定,本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改,都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,包括
废水储罐(1),用于存放重金属废水;
药剂储罐(2),用于存放与重金属废水反应的药剂溶液;
超重力反应器(7),与废水储罐(1)和药剂储罐(2)连通,废水储罐(1)中的重金属废水和药剂储罐(2)中的药剂溶液在超重力反应器(7)中发生反应;
储液罐(10),与超重力反应器(7)的液体出口(14)相连,超重力反应器(7)中反应后的液体通过液体出口(14)排放到储液罐(10)中;
超重力反应器(7)中设置有反应器转子(8),反应器转子(8)上设置有转动离心网(9),超重力反应器(7)的进液管(12)正对设置在反应器转子(8)的两侧,反应液体由正对设置的进液管(12)喷出后碰撞转向进入转动离心网(9)中,在转动离心网(9)中发生反应。
2.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,反应器转子(8)具有转轴(15),转轴(15)的一端与转子侧壁(81)连接,另一端穿过超重力反应器(7)的壳体(71)与传动装置相连,转轴(15)为中空结构,进液管(12)设置在转轴(15)的内部,且进液管(12)的端部延伸进入反应器转子(8)的内部,进液管(12)的端部设置有雾化喷头(13)。
3.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,反应器转子(8)具有转轴(15),转轴(15)的一端与转子侧壁(81)连接,另一端穿过超重力反应器(7)的壳体(71)与传动装置相连,转轴(15)为中空结构,且转轴(15)与传动装置相连的一端与进液管(12)密封连接,转轴(15)与转子侧壁(81)相连的另一端则延伸进入反应器转子(8)的内部,转轴(15)位于反应器转子(8)中的端部设置有雾化喷头(13)。
4.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,废水储罐(1)和药剂储罐(2)分别与第一射流器(4)相连,第一射流器(4)的出口与超重力反应器(7)的进液管(12)相连,废水储罐(1)中的重金属废水和药剂储罐(2)中的药剂溶液在第一射流器(4)中混合。
5.根据权利要求4所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,废水储罐(1)和药剂储罐(2)与第一射流器(4)之间分别设置有泵(3)。
6.根据权利要求4所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,第一射流器(4)的出口与超重力反应器(7)的进液管(12)之间设置有第二射流器(5),储液罐(10)上形成有气体回收口(11),气体回收口(11)与第二射流器(5)相连,储液罐(10)中残余的气体在第二射流器(5)中混入到重金属废水和药剂溶液的混合液中。
7.根据权利要求1所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,废水储罐(1)与超重力反应器(7)中的反应器转子(8)一侧的进液管(12)相连,药剂储罐(2)与反应器转子(8)另一侧的进液管(12)相连,废水储罐(1)中的重金属废水和药剂储罐(2)中的药剂溶液由进液管(12)喷出后在超重力反应器(7)内混合。
8.根据权利要求7所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,废水储罐(1)与超重力反应器(7)的进液管(12)之间设置有第二射流器(5),储液罐(10)上形成有气体回收口(11),气体回收口(11)与第二射流器(5)相连,储液罐(10)中残余的气体在第二射流器(5)中混入到重金属废水中。
9.根据权利要求8所述的冶炼烟气制酸废水处理系统,其特征在于,废水储罐(1)和第二射流器(5)的入口之间设置有泵(3),第二射流器(5)的出口与超重力反应器(7)中的一根进液管(12)相连,药剂储罐(2)与超重力反应器(7)的另外一根进液管(12)之间设置有泵(3)。
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