CN107162281A - 一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法和废水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法和废水处理系统。本发明利用硫化法通过一级反应配合二级喷淋的工艺方法，向含重金属废水中投加硫化剂，充分反应后，反应液的上清液泵入喷淋塔，与反应过程产生的硫化氢接触吸收，反应完全后，通过压滤机实现固体废渣与废水的分离除去重金属离子；喷淋塔中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过碱液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于一级反应，或浓缩提晶得到硫化钠固体。本发明还提供了一种用于实施上述处理方法的废水处理系统，包括反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置。本发明提供的处理方法清洁环保、效率高、成本低、操作简便。

Description

一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法和废水处理系统
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法和废水处理系统。
背景技术
冶炼废水重要来自选矿、采矿、冶炼尾气制酸等环节，其具有重金属离子浓度高、成分复杂等特征。如金属铜冶炼企业所产生的废水中含有铜、镉、砷等重金属离子，其中铜离子浓度高达2～10g/L、砷离子浓度高达0.72～9g/L，远高于工业废水中铜、砷的排放标准(铜的排放标准为1ppm，砷的排放标准为0.5ppm)。
处理重金属废水的方法很多，可归纳为化学沉淀法、物理处理法、生物处理法三大类，其中化学沉淀法包括中和沉淀、硫化物沉淀、铁氧体沉淀、电化学法和高分子重金属捕集剂发；物理处理法包括吸附法、萃取法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法等；生物处理法包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法等。
目前最常用的处理方法主要是化学沉淀法，通过加入石灰、铁盐、硫化物等沉淀剂，能快速去除废水中的重金属离子，工艺简单，但此法会产生大量废渣，且对低浓度的重金属废水处理效果不明显，废水难以达到排放或回用的标准。其他方法如离子交换法、膜分离法、植物修复法处理效果较好，但处理成本相对较高。与传统化学、物理法相比，生物法去除废水中的重金属具有低成本、高效率等显著优点，但生物法仅适合在重金属离子浓度较低的废水中使用，有较大的局限性。
目前采用的处理方法大多为化学法和生物法相结合的方法，虽然处理效果较好，可使含重金属离子废水经处理后达到国家排放标准，但是此法处理过程中产生大量危险固体废物，造成危险固体废物处理成本增加。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，该方法具有低成本、高效率等特点。
本发明的再一目的在于提供一种用于实施上述处理方法的废水处理系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，包含如下步骤：
(1)一级反应：在搅拌条件下，将硫化剂溶液和冶炼废水混合，在反应釜中进行充分反应，产生硫化氢气体，反应后的液体流入浓密机进行静置沉淀；
(2)喷淋：步骤(1)产生的硫化氢气体由喷淋塔底部进入喷淋塔，浓密机中静置沉淀后得到的上清液经集水罐送入喷淋塔由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽再次送入喷淋塔进行循环喷淋，直至循环槽液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机；
(3)尾气吸收：步骤(2)中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过碱液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(1)中的一级反应，或浓缩提晶，得到硫化钠固体，作为副产品；
(4)固液分离
步骤(1)中浓密机底部静置沉淀产生的淤泥、步骤(2)中循环槽排出的液体一并送入压滤机进行压滤，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段；
步骤(1)中所述的硫化剂优选为硫化钠和硫化亚铁中的至少一种；
步骤(1)中所述的硫化剂溶液的质量百分比优选为30～40％；
步骤(1)中所述的反应的时间优选为20～30min，反应的温度不超过50℃；
步骤(1)中所述的硫化剂溶液中的硫化剂与冶炼废水的质量比优选为(6～7):1000；
步骤(1)中所述的搅拌的速度优选为600r/min；
步骤(3)中所述的碱液优选为氢氧化钠溶液；
步骤(4)中所述的中和工段的具体操作优选为：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置；
一种用于实施上述处理方法的废水处理系统，包括反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置；反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置依次连接；
所述的反应装置包括硫化剂储罐、含重金属废水储罐、反应釜和浓密机；其中，反应釜分别与硫化剂储罐、含重金属废水储罐、浓密机连接；
所述的喷淋装置包括集水罐、喷淋塔和循环槽；其中，集水罐与反应装置中的浓密机连接，喷淋塔分别和反应装置中的反应釜、浓密机和集水罐连接，喷淋塔和循环槽连接并构成循环回路；
所述的压滤装置包括压滤机；其中，压滤机分别与反应装置中的浓密机、喷淋装置中的循环槽连接；
所述的尾气吸收装置包括尾气吸收塔和碱液循环槽；尾气吸收塔分别与喷淋装置中的喷淋塔和循环槽以及压滤装置中的压滤机连接；尾气吸收塔与碱液循环槽连接并构成循环回路；
所述的反应装置还包括第一提升泵，硫化剂储罐、第一提升泵和反应釜依次连接；
所述的反应装置还包括第二提升泵，含重金属废水储罐、第二提升泵和反应釜依次连接；
所述的喷淋装置还包括第三提升泵，集水罐、第三提升泵和喷淋塔依次连接；
所述的喷淋装置还包括第四提升泵，喷淋塔、循环槽和第四提升泵依次连接并构成循环回路；
所述的尾气吸收装置还包括第五提升泵，尾气吸收塔、碱液循环槽和第四提升泵依次连接并构成循环回路；
本发明的原理：
本发明利用硫化法通过一级反应配合二级喷淋的工艺方法，向含重金属废水中投加硫化剂，充分反应后，反应液的上清液泵入喷淋塔，与反应过程产生的硫化氢接触吸收，反应完全后，通过压滤机实现固体废渣与废水的分离除去重金属离子；进而实现低成本、高效率去除废水中重金属离子的目的，使得废水中的重金属离子在酸性环境下即达到国家排放标准，从而使中和工序产生的废渣属于一般固体废物，较大的降低了企业处理危险废物的成本，具有较好的应用前景。此外，喷淋塔中未被吸收的硫化氢气体则进一步引入尾气吸收塔内，通过碱液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于一级反应，或浓缩提晶得到硫化钠固体，作为副产品。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法可实现冶炼废水中重金属离子在酸性环境下彻底去除，使中和工序产生的废渣属于一般固体废物，从而减少该废水处理过程中产生的危险废物量，较大的降低了企业处理危险废物的成本，具有较好的应用前景。
(2)本发明提供的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法清洁环保、效率高、成本低、操作简便。
附图说明
图1是本发明提供的废水处理系统的结构以及其去除冶炼废水中重金属离子的工艺图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，包含如下步骤：
(1)一级反应：在600r/min搅拌条件下，将硫化剂硫化钠溶液(质量百分比为35％)和冶炼废水按照质量比6.5:1000混合，在反应釜中进行充分反应25min(反应的温度不超过50℃)，产生硫化氢气体，反应后的液体流入浓密机进行静置沉淀；
(2)喷淋：步骤(1)产生的硫化氢气体由喷淋塔底部进入喷淋塔，浓密机中静置沉淀后得到的上清液经集水罐送入喷淋塔由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽再次送入喷淋塔进行循环喷淋，直至循环槽液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机；
(3)尾气吸收：步骤(2)中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过氢氧化钠溶液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(1)中的一级反应，或浓缩提晶，得到硫化钠固体，作为副产品；
(4)固液分离
步骤(1)中浓密机底部静置沉淀产生的淤泥、步骤(2)中循环槽排出的液体一并送入压滤机进行压滤，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置。
实施例2
一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，包含如下步骤：
(1)一级反应：在600r/min搅拌条件下，将硫化剂硫化钠溶液(质量百分比为30％)和冶炼废水按照质量比7:1000混合，在反应釜中进行充分反应30min(反应的温度不超过50℃)，产生硫化氢气体，反应后的液体流入浓密机进行静置沉淀；
(2)喷淋：步骤(1)产生的硫化氢气体由喷淋塔底部进入喷淋塔，浓密机中静置沉淀后得到的上清液经集水罐送入喷淋塔由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽再次送入喷淋塔进行循环喷淋，直至循环槽液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机；
(3)尾气吸收：步骤(2)中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过氢氧化钠溶液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(1)中的一级反应，或浓缩提晶，得到硫化钠固体，作为副产品；
(4)固液分离
步骤(1)中浓密机底部静置沉淀产生的淤泥、步骤(2)中循环槽排出的液体一并送入压滤机进行压滤，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置。
实施例3
一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，包含如下步骤：
(1)一级反应：在600r/min搅拌条件下，将硫化剂硫化钠溶液(质量百分比为40％)和冶炼废水按照质量比6:1000混合，在反应釜中进行充分反应20min(反应的温度不超过45℃)，产生硫化氢气体，反应后的液体流入浓密机进行静置沉淀；
(2)喷淋：步骤(1)产生的硫化氢气体由喷淋塔底部进入喷淋塔，浓密机中静置沉淀后得到的上清液经集水罐送入喷淋塔由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽再次送入喷淋塔进行循环喷淋，直至循环槽液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机；
(3)尾气吸收：步骤(2)中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过氢氧化钠溶液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(1)中的一级反应，或浓缩提晶，得到硫化钠固体，作为副产品；
(4)固液分离
步骤(1)中浓密机底部静置沉淀产生的淤泥、步骤(2)中循环槽排出的液体一并送入压滤机进行压滤，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置。
实施例4
如图1所示，一种用于实施实施例1～3处理方法的废水处理系统，包括反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置；反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置依次连接；
所述的反应装置包括硫化剂储罐1、含重金属废水储罐3、反应釜5和浓密机6；其中，反应釜5分别与硫化剂储罐1、含重金属废水储罐3、浓密机6连接；
所述的喷淋装置包括集水罐7、喷淋塔9和循环槽10；其中，集水罐7与反应装置中的浓密机6连接，喷淋塔9分别和反应装置中的反应釜5、浓密机6和集水罐7连接，喷淋塔9和循环槽10连接并构成循环回路；
所述的压滤装置包括压滤机12；其中，压滤机12分别与反应装置中的浓密机6、喷淋装置中的循环槽10连接；
所述的尾气吸收装置包括尾气吸收塔13和碱液循环槽14；尾气吸收塔13分别与喷淋装置中的喷淋塔9和循环槽10以及压滤装置中的压滤机12连接；尾气吸收塔13与碱液循环槽14连接并构成循环回路；
所述的反应装置还包括第一提升泵4，硫化剂储罐1、第一提升泵4和反应釜5依次连接；
所述的反应装置还包括第二提升泵2，含重金属废水储罐、第二提升泵2和反应釜依次连接；
所述的喷淋装置还包括第三提升泵8，集水罐7、第三提升泵8和喷淋塔9依次连接；
所述的喷淋装置还包括第四提升泵11，喷淋塔9、循环槽10和第四提升泵11依次连接并构成循环回路；
所述的尾气吸收装置还包括第五提升泵15，尾气吸收塔13、碱液循环槽14和第四提升泵15依次连接并构成循环回路。
本实施例所述的连接均采用PVC管连接。
实施例5
采用实施例4的废水处理系统以及实施例2去除冶炼废水中重金属离子的处理方法对内蒙某铜冶炼厂的含重金属离子废水进行处理，处理方法如下：
(1)将含重金属离子废水储存于含重金属离子废水储罐3，以达到水质均匀的目的；将质量比为30％的硫化钠溶液储存于硫化剂储罐1；将质量比为10％的氢氧化钠溶液储存于碱液循环槽14；
(2)一级反应：启动反应釜5搅拌装置(搅拌速度为600r/min)，启动第二提升泵2、第一提升泵4，控制两者流速，硫化剂溶液与含重金属离子废水的流速，使硫化剂与含重金属离子废水以质量比7:1000在反应釜里混合反应，产生硫化氢气体，反应后的液体到达反应釜5的溢出口，自动流入浓密机6，进行静置沉淀；
(3)喷淋：步骤(2)产生的硫化氢气体(反应釜5、浓密机6和集水罐7)由喷淋塔9底部进入喷淋塔9，启动第三提升泵8、第四提升泵11，浓密机6中静置沉淀后得到的上清液到达浓密机6的溢出口，自动流入集水罐7后，由泵送入喷淋塔9由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽10再次送入喷淋塔9进行循环喷淋，直至循环槽10液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机，结束反应及喷淋；
(4)尾气吸收：启动第五提升泵15，使碱液循环槽14里的氢氧化钠溶液流入尾气吸收塔13内，进行循环喷淋；步骤(3)中未被吸收的硫化氢气体(喷淋塔9和循环槽10以及压滤装置中的压滤机12)引入尾气吸收塔内，通过氢氧化钠溶液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(2)中的一级反应，或浓缩提晶得到硫化钠固体，作为副产品；
(5)固液分离：启动压滤机12，将浓密机6底部淤泥、及循环槽10内溶液送入压滤机12，进行压滤实现固液分离，达到去除重金属离子的目的。其中，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置。
上述含重金属离子废水处理后，循环槽10水样检测结果如表1所示，本实施例处理后的废水在酸性环境下即达到国家排放标准，从而使中和工序产生的废渣属于一般固体废物，较大的降低了企业处理危险废物的成本，具有较好的应用前景。
表1处理前后结果对比(mg/L)：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)一级反应：在搅拌条件下，将硫化剂溶液和冶炼废水混合，在反应釜中进行充分反应，产生硫化氢气体，反应后的液体流入浓密机进行静置沉淀；
(2)喷淋：步骤(1)产生的硫化氢气体由喷淋塔底部进入喷淋塔，浓密机中静置沉淀后得到的上清液经集水罐送入喷淋塔由上往下喷淋，喷淋过程中与自下而上的硫化氢气体逆流接触反应，喷淋后的液体通过循环槽再次送入喷淋塔进行循环喷淋，直至循环槽液体中重金属离子含量达到国家工业废水排放标准后流入压滤机；
(3)尾气吸收：步骤(2)中未被吸收的硫化氢气体引入尾气吸收塔内，通过碱液喷淋吸收后排空，吸收后产生的液体为硫化钠溶液，回用于步骤(1)中的一级反应，或浓缩提晶，得到硫化钠固体；
(4)固液分离
步骤(1)中浓密机底部静置沉淀产生的淤泥、步骤(2)中循环槽排出的液体一并送入压滤机进行压滤，压滤后的固体废渣委托有危险废物处理资质的单位处置，压滤后的清液进入中和工段。
2.根据权利要求1所述的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硫化剂为硫化钠和硫化亚铁中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硫化剂溶液的质量百分比为30～40％。
4.根据权利要求1所述的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的反应的时间为20～30min，反应的温度不超过50℃。
5.根据权利要求1所述的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硫化剂溶液中的硫化剂与冶炼废水的质量比为(6～7):1000。
6.根据权利要求1所述的去除冶炼废水中重金属离子的处理方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的中和工段的具体操作为：压滤后的清液经石灰浆中和、再次压滤分离后，清液达标排放，固体废渣作为一般固体废物处置。
7.一种用于实施权利要求1～6任一项所述的处理方法的废水处理系统，其特征在于：包括反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置；反应装置、喷淋装置、压滤装置和尾气吸收装置依次连接；
所述的反应装置包括硫化剂储罐、含重金属废水储罐、反应釜和浓密机；其中，反应釜分别与硫化剂储罐、含重金属废水储罐、浓密机连接；
所述的喷淋装置包括集水罐、喷淋塔和循环槽；其中，集水罐与反应装置中的浓密机连接，喷淋塔分别和反应装置中的反应釜、浓密机和集水罐连接，喷淋塔和循环槽连接并构成循环回路；
所述的压滤装置包括压滤机；其中，压滤机分别与反应装置中的浓密机、喷淋装置中的循环槽连接；
所述的尾气吸收装置包括尾气吸收塔和碱液循环槽；尾气吸收塔分别与喷淋装置中的喷淋塔和循环槽以及压滤装置中的压滤机连接；尾气吸收塔与碱液循环槽连接并构成循环回路。
8.根据权利要求7所述的废水处理系统，其特征在于：
所述的反应装置还包括第一提升泵，硫化剂储罐、第一提升泵和反应釜依次连接；
所述的反应装置还包括第二提升泵，含重金属废水储罐、第二提升泵和反应釜依次连接。
9.根据权利要求7所述的废水处理系统，其特征在于：
所述的喷淋装置还包括第三提升泵，集水罐、第三提升泵和喷淋塔依次连接；
所述的喷淋装置还包括第四提升泵，喷淋塔、循环槽和第四提升泵依次连接并构成循环回路。
10.根据权利要求7所述的废水处理系统，其特征在于：
所述的尾气吸收装置还包括第五提升泵，尾气吸收塔、碱液循环槽和第四提升泵依次连接并构成循环回路。
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