CN109422380A - 一种同时去除冷轧铬镍废水中铬和总镍的处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统，包括进水泵、精细pH调节池、酸碱加药箱及加药泵、一级提升泵、还原沉淀池、还原吸附剂加药箱、活性炭负载铁基还原剂溶液、二级提升泵、吸附塔、改性粉煤灰吸附填料、排水泵。同时还提供了利用该系统同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的方法，经过处理后，冷轧铬镍废水经过吸附塔后通过排水泵达标排放。本发明首次提出了完整的去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的技术方案，属于钢铁绿色环保生产工艺系统。

Description

一种同时去除冷轧铬镍废水中铬和总镍的处理系统和方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的工艺技术方案。
背景技术
冷轧含铬钝化和电镀镍工序之后需要用纯水对带钢表面进行冲洗，冲洗带钢后的废水由于还有铬离子和镍离子，大多排放至废水站，作为铬镍废水处理。该部分废水电导率一般较低，在200μs/cm以下，主要成分是Cr6+和镍。
新颁布的《钢铁工业污染物排放标准》(GB13456-2012)规定，冷轧排放水Cr6+低于0.05mg/L，总镍低于0.05mg/L。
目前铬镍废水主要采用的处理工艺主要为亚硫酸氢钠两级还原和沉淀技术，可是出水水质难以满足新国标的要求。另外采用纳滤和反渗透法处理铬镍废水，成本高，浓水中富集的铬镍更难处理。
化学还原沉淀法是国内外应用最早也是最广泛的一种含铬废水处理方法。该处理技术一般首先用硫酸将废水的pH值调节到2～3的酸性条件下，之后使用化学还原剂，将溶液中的六价铬还原成三价铬，然后用氢氧化钠或石灰乳调节pH值到7-9，使其生成难溶的三价铬沉淀从水体中分离出来，达到除铬的目的。申请号为CN104030478A的发明专利公开了含铬废水处理方法。包括以下步骤：(1)将含铬废水加酸，pH调节至2-3之间；(2)向酸性含铬废水中加入还原剂，将六价铬离子还原成三价铬离子；(3)将b步骤处理后的溶液加碱，pH调节至8-9之间，将三价铬离子转化成氢氧化铬沉淀。
申请号为CN201611208149.4的发明公开了含镍废水的处理方法。包括依次连接的废水预处理系统、第一保安过滤器、纳滤装置、第二保安过滤器和反渗透装置，将经废水预处理系统预处理处理后的废水泵入第一保安过滤器中(还可以向废水中加入阻垢剂)；将第一保安过滤器的出水泵入纳滤装置中；将纳滤过滤后的废水泵入第二保安过滤器中，将第二保安过滤器处理后的废水泵入反渗透装置中；该系统结构简单，可显著降低化学药剂的使用量，减少污泥量和二次污染。
然而到目前为止，还没有同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的处理方法和工艺，处理后水质指标满足《钢铁工业污染物排放标准》(GB13456-2012)。本发明的目的就是根据冷轧含铬废水的水质水量情况，开发出经济、高效的污染物处理工艺，以循环利用节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统。本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法。
本发明的技术方案是，一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统，包括进水泵和排水泵，所述进水泵与一精细pH调节池连接，酸碱加药箱及加药泵位于所述精细pH调节池上方，所述精细pH调节池通过一级提升泵与还原沉淀池连接，还原沉淀池再与二级提升泵、吸附塔、排水泵依次连接；所述还原沉淀池连接有装有活性炭负载铁基还原剂溶液的还原吸附剂加药箱，所述吸附塔中装有改性粉煤灰吸附填料。
本发明还提供了一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，采用上述的处理系统进行，
a、所述冷轧铬镍废水通过进水泵进入精细pH调节池，精细pH调节池分三格，每格均有pH自动检测仪，第一格出水控制pH在6.5～8.5之间，第二格出水控制pH在6.8～8.2之间，第三格控制出水pH在7.1～8.0之间；
b、精细pH调节池出水通过一级提升泵进入还原沉淀池，还原吸附剂加药箱中放置还原吸附剂，在还原吸附池的前端投加活性炭负载铁基还原剂溶液，所述还原剂的投加量在45～389mg/L，另外投加聚丙烯酰胺5～10mg/L，整个还原沉淀池的停留时间为25～45分钟；
c、经过还原沉淀池后，冷轧铬镍废水通过二级提升泵进入吸附塔，吸附塔中装有改性粉煤灰填料；改性粉煤灰填料占吸附塔总体积的75～90％；冷轧铬镍废水在吸附塔中的停留时间为31～42分钟；
d、冷轧铬镍废水经过吸附塔后通过排水泵达标排放。
经过改性后，粉煤灰的密度为1.23～1.79g/cm3，氮吸附比表面积为14.9～38.2m2/g，大大提高了吸附铬和镍的能力。
因为每格均有pH检测仪，由PLC自控装置连接酸碱加药箱及加药泵，自动化控制酸和碱合适的投加量，确保每格稳定的出水pH值。
根据本发明的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，优选的是，所述冷轧铬镍废水水质特征：pH为6～9，Cr6+为0.3～3.6mg/L，总镍为1.7～2.9mg/L。
根据本发明的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，优选的是，步骤b所述还原吸附剂的制备方法：1)活性炭筛选和活化：选择煤质活性炭，粒径为1.2～2.3mm，将煤质活性炭颗粒浸泡在浓度在0.2wt％～0.5wt％的稀硝酸中16～18小时(用稀酸活化)，然后取出，用纯水洗涤至中性，烘干，然后冷却待用；活化后煤质活性炭比表面积为13450～15200m2/g；2)将2.7～5.1mol/L的硫酸亚铁溶液和6.7～15.9mol/L的氯化亚铁溶液按体积比1：3～5混合，形成复配溶液；3)将复配溶液pH值调节至3.2～4.8，搅拌均匀；4)将活性炭按固液比1:3～5放入复配溶液中形成混合溶液，然后将混合溶液放入滚镀滚桶中，将混合溶液加热至61～72℃，滚镀滚筒以铜片为阴极，铁板为阳极，形成活性炭负载铁基还原剂。
所述还原吸附剂根据冷轧铬镍废水的水质特征专门制备而成。滚镀工艺可以提高铁的负载效率，负载率达到45～75％之间。
然后配制成固含量在10-20wt％的活性炭负载铁基还原剂溶液，该浓度为优选浓度。经过检测分析发现，活性炭负载铁基还原剂中，活性炭中的铁含量在2.1～6.9％之间。
进一步地，步骤2)所述烘干温度为95-120度。
进一步地，步骤3)用稀硫酸混酸调节pH；所述搅拌是将复配溶液机械搅拌10～15分钟；机械搅拌转速为50～75转/分钟。
进一步地，步骤4)所述阴阳极之间间距为12～15cm，电流密度为52～78A，整个滚镀工艺时间为55～85分钟。
根据本发明的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，优选的是，步骤c所述改性粉煤灰填料的制备方法是：(1)粉煤灰质量百分配比：，SiO2为46.5～58.1％，Al2O3为19.6～31.2％，Fe2O3为9.3～15.3％，MgO为1.2～3.5％，CaO为3.2～6.9％，C为2.8～12.1％；筛选粒径为2.7～4.9mm的粉煤灰，用稀硫酸清洗1-5次，然后有石油醚清洗1-5次，再用纯水清洗3～5次；(2)将粉煤灰放入浓度为2～4mol/L的氯化钠溶液中，在60～85℃恒温振荡培养箱中，以135～175转/分钟的速度振荡4～10小时，然后固液分离，冷却干燥；(3)将粉煤灰放入浓度为2.5～6.7mol/L的磷酸溶液中，在40-50℃恒温振荡培养箱中，以80～150转/分钟的速度振荡1-5小时，然后固液分离，冷却干燥制备成改性粉煤灰。
所述改性粉煤灰填料根据冷轧铬镍废水的水质特征专门制备而成。通过这样的改性处理，得到改性粉煤灰填料增大了比表面积，可以更有效去除废水中的六价铬和总镍。
进一步地，步骤(2)所述固液比为1：4～7质量比；步骤(3)所述固液比1：3～6质量比。
进一步地，步骤(1)所述稀硫酸的浓度为0.01-0.1mol/L；步骤(3)所述转速为100～120转/分钟，振荡时间为2-3小时。
本发明的有益效果是：
本发明提出了同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理技术方案，此技术方案有效解决了冷轧废水的重金属污染环境的问题。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺，具有良好的社会效益和环境效益。
经过本发明的冷轧铬镍深度处理工艺后，冷轧铬镍废水pH为7～8，Cr6+低于0.003mg/L，总镍低于0.005mg/L。
附图说明
图1是一种同时去除冷轧含铬废水中六价铬和总镍的深度处理系统图。
图中，进水泵1、精细pH调节池2、酸碱加药箱及加药泵3、一级提升泵4、还原沉淀池5、还原吸附剂加药箱6、活性炭负载铁基还原剂溶液7、二级提升泵8、吸附塔9、改性粉煤灰吸附填料10、排水泵11。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统，包括进水泵1、精细pH调节池2、酸碱加药箱及加药泵3、一级提升泵4、还原沉淀池5、还原吸附剂加药箱6、活性炭负载铁基还原剂溶液7、二级提升泵8、吸附塔9、改性粉煤灰吸附填料10、排水泵11。(见图1)
所述冷轧铬镍废水水质特征：pH为7.2，Cr6+为2.9mg/L，总镍为2.2mg/L。
所述铬镍废水通过进水泵进入精细pH调节池，精细pH调节池分三格，每格均有pH自动检测仪，第一格出水pH为7.3，第二格出水pH为7.4，第三格控制出水pH为7.4。
精细pH调节池出水通过一级提升泵进入还原沉淀池，还原吸附剂加药箱中放置新型还原吸附剂，在还原吸附池的前端投加活性炭负载铁基还原剂溶液的投加量在267mg/L，另外投加聚丙烯酰胺8mg/L，整个还原沉淀池的停留时间为40分钟。
所述新型还原吸附剂根据冷轧废水的水质特征专门合成制备。1)活性炭筛选和活化：选择煤质活性炭，粒径为2.1mm，。将煤质活性炭颗粒浸泡在浓度在0.3％(质量百分比)的稀硝酸中17小时(稀酸活化)，然后取出，用纯水洗涤至中性，在105度鼓风干燥箱烘干，然后冷却待用。活化后煤质活性炭比表面积为14100m2/g。2)将3.9mol/L的硫酸亚铁溶液和11.2mol/L的氯化亚铁溶液按体积比1：4混合，形成复配溶液。3)用稀硫酸混酸将复配溶液pH值调节至4.1，将复配溶液机械搅拌11分钟，机械搅拌转速为55转/分钟。4)将活性炭按固液比1:3放入复配溶液中形成混合溶液，然后将混合溶液放入滚镀滚桶中，首先将混合溶液加热至68度，滚镀滚筒以铜片为阴极，铁板为阳极，阴阳极之间间距为13cm，电流密度为71A。整个滚镀工艺时间为65分钟。滚镀滚筒中，形成活性炭负载铁基还原剂。然后配制成固含量在15％的活性炭负载铁基还原剂溶液。经过检测分析发现，活性炭负载铁基还原剂中，活性炭中的铁含量在4.8％之间。
经过还原沉淀池后，冷轧铬镍废水通过二级提升泵进入吸附塔，吸附塔中装有改性粉煤灰填料。改性粉煤灰填料在吸附塔总体积的75～90％。冷轧铬镍废水在吸附塔中的停留时间为38分钟。
所述改性粉煤灰填料根据冷轧铬镍废水的水质特征专门制备而成。(1)所述粉煤灰质量百分比，SiO2为47.9％，Al2O3为24.1％，Fe2O3为11.5％，MgO为1.9％，CaO为3.3％，C为11.3％。筛选粒径为2.9mm的粉煤灰，用0.05mol/L的稀硫酸清洗3次，然后有石油醚清洗3次，再用纯水清洗5次。(2)将粉煤灰按固液比(质量比)1：5放入浓度为3mol/L的氯化钠溶液中，在85℃恒温振荡培养箱中，以160转/分钟的速度振荡9小时，然后固液分离，冷却干燥。(2)将粉煤灰按固液比(质量比)1：3放入浓度为2.9mol/L的磷酸溶液中，在45℃恒温振荡培养箱中，以110转/分钟的速度振荡2小时，然后固液分离，冷却干燥制备成改性粉煤灰。经过改性后，粉煤灰的密度为1.46g/cm3，氮吸附比表面积为22.7m2/g，大大提高了吸附铬和镍的能力。
冷轧铬镍废水经过吸附塔后通过排水泵达标排放。
经过本发明的冷轧铬镍废水深度处理工艺后，冷轧铬镍废水出水水质：pH为7.5，Cr6+为0.002mg/L，总镍为0.001mg/L。
实施例2：
一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统，包括进水泵、精细pH调节池、酸碱加药箱及加药泵、一级提升泵、还原沉淀池、还原吸附剂加药箱、活性炭负载铁基还原剂溶液、二级提升泵、吸附塔、改性粉煤灰吸附填料、排水泵。
所述冷轧铬镍废水水质特征：pH为8.8，Cr6+为1.5mg/L，总镍为2.9mg/L。
所述铬镍废水通过进水泵进入精细pH调节池，精细pH调节池分三格，每格均有pH自动检测仪，第一格出水控制pH为8.5，第二格出水控制pH为7.7，第三格控制出水pH为7.7。
精细pH调节池出水通过一级提升泵进入还原沉淀池，还原吸附剂加药箱中放置新型还原吸附剂，在还原吸附池的前端投加活性炭负载铁基还原剂溶液的投加量在123mg/L，另外投加聚丙烯酰胺6mg/L，整个还原沉淀池的停留时间为45分钟。
所述新型还原吸附剂根据冷轧废水的水质特征专门合成制备。1)活性炭筛选和活化：选择煤质活性炭，粒径为2.3mm，。将煤质活性炭颗粒浸泡在浓度在0.5％(质量百分比)的稀硝酸中16小时(稀酸活化)，然后取出，用纯水洗涤至中性，在105度鼓风干燥箱烘干，然后冷却待用。活化后煤质活性炭比表面积为15100m2/g。2)将4.9mol/L的硫酸亚铁溶液和14.1mol/L的氯化亚铁溶液按体积比1：3混合，形成复配溶液。3)用稀硫酸混酸将复配溶液pH值调节至3.3，将复配溶液机械搅拌15分钟，机械搅拌转速为75转/分钟。4)将活性炭按固液比1:3放入复配溶液中形成混合溶液，然后将混合溶液放入滚镀滚桶中，首先将混合溶液加热至66度，滚镀滚筒以铜片为阴极，铁板为阳极，阴阳极之间间距为12～15cm，电流密度为53A。整个滚镀工艺时间为65分钟。滚镀滚筒中，形成活性炭负载铁基还原剂。然后配制成固含量在15％的活性炭负载铁基还原剂溶液。经过检测分析发现，活性炭负载铁基还原剂中，活性炭中的铁含量在3.8％之间。
经过还原沉淀池后，冷轧铬镍废水通过二级提升泵进入吸附塔，吸附塔中装有改性粉煤灰填料。改性粉煤灰填料在吸附塔总体积的85％。冷轧铬镍废水在吸附塔中的停留时间为35分钟。
所述改性粉煤灰填料根据冷轧铬镍废水的水质特征专门制备而成。(1)所述粉煤灰质量百分比，SiO2为52.8％，Al2O3为25.1％，Fe2O3为9.8％，MgO为1.4％，CaO为3.7％，C为7.2％。筛选粒径为3.5mm的粉煤灰，用0.05mol/L的稀硫酸清洗3次，然后有石油醚清洗3次，再用纯水清洗5次。(2)将粉煤灰按固液比(质量比)1：7放入浓度为4mol/L的氯化钠溶液中，在60℃恒温振荡培养箱中，以135转/分钟的速度振荡6小时，然后固液分离，冷却干燥。(2)将粉煤灰按固液比(质量比)1：3放入浓度为2.8mol/L的磷酸溶液中，在45℃恒温振荡培养箱中，以100转/分钟的速度振荡2小时，然后固液分离，冷却干燥制备成改性粉煤灰。经过改性后，粉煤灰的密度为1.66g/cm3，氮吸附比表面积为35.7m2/g，大大提高了吸附铬和镍的能力。
冷轧铬镍废水经过吸附塔后通过排水泵达标排放。
经过本发明的冷轧铬镍深度处理工艺后，冷轧铬镍废水pH为7.6，Cr6+为0.001mg/L，总镍为0.001mg/L。
综上所述，本发明首次提出了完整的冷轧铬镍废水深度处理的技术方案，系统解决了冷轧废水重金属污染环境的问题，因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理系统，包括进水泵和排水泵，其特征在于：所述进水泵与一精细pH调节池连接，酸碱加药箱及加药泵位于所述精细pH调节池上方，所述精细pH调节池通过一级提升泵与还原沉淀池连接，还原沉淀池再与二级提升泵、吸附塔、排水泵依次连接；所述还原沉淀池连接有装有活性炭负载铁基还原剂溶液的还原吸附剂加药箱，所述吸附塔中装有改性粉煤灰吸附填料。
2.一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：采用权利要求1所述的处理系统进行，
a、所述冷轧铬镍废水通过进水泵进入精细pH调节池，精细pH调节池分三格，每格均有pH自动检测仪，第一格出水控制pH在6.5～8.5之间，第二格出水控制pH在6.8～8.2之间，第三格控制出水pH在7.1～8.0之间；
b、精细pH调节池出水通过一级提升泵进入还原沉淀池，还原吸附剂加药箱中放置还原吸附剂，在还原吸附池的前端投加活性炭负载铁基还原剂溶液，所述还原剂的投加量在45～389mg/L，另外投加聚丙烯酰胺5～10mg/L，整个还原沉淀池的停留时间为25～45分钟；
c、经过还原沉淀池后，冷轧铬镍废水通过二级提升泵进入吸附塔，吸附塔中装有改性粉煤灰填料；改性粉煤灰填料占吸附塔总体积的75～90％；冷轧铬镍废水在吸附塔中的停留时间为31～42分钟；
d、冷轧铬镍废水经过吸附塔后通过排水泵达标排放。
3.根据权利要求2所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：所述冷轧铬镍废水水质特征：pH为6～9，Cr6+为0.3～3.6mg/L，总镍为1.7～2.9mg/L。
4.根据权利要求2所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤b所述还原吸附剂的制备方法：1)活性炭筛选和活化：选择煤质活性炭，粒径为1.2～2.3mm，将煤质活性炭颗粒浸泡在浓度在0.2wt％～0.5wt％的稀硝酸中16～18小时，然后取出，用纯水洗涤至中性，烘干，然后冷却待用；活化后煤质活性炭比表面积为13450～15200m2/g；2)将2.7～5.1mol/L的硫酸亚铁溶液和6.7～15.9mol/L的氯化亚铁溶液按体积比1：3～5混合，形成复配溶液；3)将复配溶液pH值调节至3.2～4.8，搅拌均匀；4)将活性炭按固液比1:3～5放入复配溶液中形成混合溶液，然后将混合溶液放入滚镀滚桶中，将混合溶液加热至61～72℃，滚镀滚筒以铜片为阴极，铁板为阳极，形成活性炭负载铁基还原剂。
5.根据权利要求4所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤2)所述烘干温度为95-120度。
6.根据权利要求4所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤3)用稀硫酸混酸调节pH；所述搅拌是将复配溶液机械搅拌10～15分钟；机械搅拌转速为50～75转/分钟。
7.根据权利要求4所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤4)所述阴阳极之间间距为12～15cm，电流密度为52～78A，整个滚镀工艺时间为55～85分钟。
8.根据权利要求2所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤c所述改性粉煤灰填料的制备方法是：(1)粉煤灰质量百分配比：，SiO2为46.5～58.1％，Al2O3为19.6～31.2％，Fe2O3为9.3～15.3％，MgO为1.2～3.5％，CaO为3.2～6.9％，C为2.8～12.1％；筛选粒径为2.7～4.9mm的粉煤灰，用稀硫酸清洗1-5次，然后有石油醚清洗1-5次，再用纯水清洗3～5次；(2)将粉煤灰放入浓度为2～4mol/L的氯化钠溶液中，在60～85℃恒温振荡培养箱中，以135～175转/分钟的速度振荡4～10小时，然后固液分离，冷却干燥；(3)将粉煤灰放入浓度为2.5～6.7mol/L的磷酸溶液中，在40-50℃恒温振荡培养箱中，以80～150转/分钟的速度振荡1-5小时，然后固液分离，冷却干燥制备成改性粉煤灰。
9.根据权利要求8所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤(2)所述固液比为1：4～7质量比；步骤(3)所述固液比1：3～6质量比。
10.根据权利要求8所述的一种同时去除冷轧铬镍废水中六价铬和总镍的深度处理方法，其特征在于：步骤(1)所述稀硫酸的浓度为0.01-0.1mol/L；步骤(3)所述转速为100～120转/分钟，振荡时间为2-3小时。
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