CN206720912U - 污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污水处理系统，该处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽、过滤器、硫化反应槽、第一压滤机、中和反应槽和气浮装置，气浮装置的第一出口与氧化中和反应槽连通。本实用新型的处理系统可高效处理重金属含量较大的酸性污水，分别富集砷和其它重金属，危废渣可资源化无害化利用，有较高的回收价值，且无二次污染。

Description

污水处理系统

技术领域

本实用新型属于环境保护重金属酸性污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理系统。

背景技术

有色冶炼中的铜、镍、铅、锌等金属矿物大多数是以硫化物的形式存在，在其冶炼过程中会产生大量的含硫烟气，这些含硫烟气多制成工业硫酸。有色冶炼的工业制酸过程一般使用湿法净化工艺，所采用的空塔、填料塔、动力波设备在净化过程中均会产生大量的酸性污水，本实用新型中简称为污水。酸性污水除了含有大量的硫酸外，还有砷、铅、镍、镉、铜、氟、氯等杂质。酸性污水若不妥善处置，会造成有价金属资源的严重浪费，更会对生态环境造成严重的污染。

目前，国内酸性污水的处理方法主要有石灰中和法、硫化—中和法、硫化—铁盐—中和法等。石灰中和法一般采用碱石灰、消石灰、飞灰等中和剂中和氢离子，并使污酸中的重金属离子形成氢氧化物沉淀而去除。该方法具有价格低廉、工艺简单的特点，但产生中和渣的渣量非常大，且含有大量砷、铅等重金属，属于危废渣，不能资源回收利用，后续处理成本很高。硫化—中和法是指在酸性污水中加入硫化钠、硫氢化钠等可溶性硫化盐，使污酸中的砷、铅、镍等金属以硫化物的形式沉淀下来，硫化后的污酸再进行中和处理。该方法能将重金属硫化物固体渣和中和渣进行分离，但污酸中原有的重金属(包括砷)全都进入硫化物废渣之中，也不利于有价重金属的回收利用，该废渣仍需作为危废处理。硫化—铁盐—中和法一般针对含砷量较高的酸性污水，在硫化中和法的基础上利用铁盐与砷生成沉淀，之后再进行中和处理。该方法保证重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水达标排放，但产生的硫化物沉淀、铁盐共沉淀均含有重金属砷成为危废无法回收利用，作为废渣处理造成了有价金属资源的浪费，危害了生态环境。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可高效处理重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水、分别富集砷和其它重金属、危废渣可资源化无害化利用、有较高的回收价值、无二次污染的污水处理系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种污水处理系统，所述处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽、过滤器、硫化反应槽、第一压滤机、中和反应槽和气浮装置；所述气浮装置设有用于排放气浮分离所得碱性中和剂的第一出口，所述第一出口与氧化中和反应槽连通。

上述的污水处理系统中，优选的，所述气浮装置内设有气液混合管，所述气液混合管内设有纳米分布头。

上述的污水处理系统中，优选的，所述气浮装置设有用于排放气浮分离所得反应液的第二出口，所述第二出口与沉淀池连通，所述沉淀池与第二压滤机连通，所述第二压滤机与所述气浮装置连通。

本实用新型处理的污水优选酸性污水，更优选硫酸酸性污水，以硫酸计，0＜硫酸酸性污水中的酸质量分数≤10％。酸性污水中，通常含有砷离子、铅离子、铜离子、镉离子、镍离子、锌离子等，但不限于此，视实际情况而定，一般含有砷离子，砷离子浓度在0.5mg/L以上均可处理，通常在0.5～3000mg/L。

本实用新型的处理系统主要基于以下原理：

在氧化-中和反应槽中，将酸性污水中分别投加氧化剂(以A表示)和亚铁盐后，氧化剂将污水中的As³⁺氧化成As⁵⁺，Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碱性中和剂(以B表示，优选Mg(OH)₂胶体)，将污水pH调至pH为3～4，经反应，最终砷与铁盐生成共沉淀，经过滤分离，滤渣主要成分为砷酸铁，性质稳定，可作为危废(砷酸铁的性质非常稳定，基本无害化)实现无害化处理。

主要反应为：

A+As³⁺→As⁵⁺

A+2Fe²⁺→2Fe³⁺

B+Fe³⁺→Fe(OH)₃↓

H₃AsO₄₊Fe(OH)₃→2FeAsO₄↓+3H₂O

在硫化反应槽中，将氧化-中和反应所得滤液中加入硫化钠溶液，通过搅拌使滤液中的其它有价金属离子以硫化物的形式沉淀下来(硫化钠的量可根据化学反应计量比来确定，硫化钠一般过量20％)，经过滤，滤渣主要成分为有价重金属渣，可进行资源化回收利用。

主要反应为：

Pb²⁺+Na₂S＝2Na⁺+PbS↓

Cd²⁺+Na₂S＝2Na⁺+CdS↓

Ni²⁺+Na₂S＝2Na⁺+NiS↓

Cu²⁺+Na₂S＝2Na⁺+CuS↓

在中和反应槽中，硫化反应后的滤液中加入石灰乳溶液将pH调节至10.5～11.5，进行中和反应，待反应稳定后进行气浮分离和后续的处理。

基于以上原理，本实用新型中氧化剂、亚铁盐和硫化钠的加入量可根据实际选用的具体原料通过化学反应计量比来确定，一般会过量。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)采用本实用新型的处理系统可充分优化药剂用量，减少运行过程中的渣量产生，使酸性污水的处理成本显著降低。首先，通过改变硫化反应槽的设置顺序，从而改变硫化反应顺序，使硫化钠的加药量降为传统工艺的10％。其次，通过中和反应槽的设置及后续的气浮装置，使氢氧化镁以胶体形态浮于水面上，并返回到氧化-中和反应槽中作为中和药剂进行使用。气浮装置采用纳米分布头，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高(钙镁)分离效率，提高镁的碱性化合物的回收利用率，节约药剂用量，降低成本。

(2)采用本实用新型的处理系统实现的处理方法可高效处理重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水，保证污水处理后稳定达标排放，且可分别富集砷和其它重金属，有较高的回收价值，原有危废渣可资源化无害化利用，产生的中和渣可作为普通废渣处理，不易形成二次污染。

该处理方法可充分优化药剂用量，减少运行过程中的渣量产生，使酸性污水的处理成本显著降低。首先，通过改变硫化反应的工艺顺序，硫化钠的加药量可降至传统工艺的10％。其次，通过中和反应中石灰乳置换作用及后续的气浮分离装置，氢氧化镁以胶体形态浮于水面上，并返回到氧化-中和反应中作为中和药剂进行使用。气浮装置采用纳米分布头，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高(钙镁)分离效率，提高镁的碱性化合物的回收利用率，节约药剂用量，降低成本。

该处理方法可将砷和其它有价重金属分别富集，有利于高品位有价金属的资源化回收利用。本实用新型中氧化-中和反应能够将有毒的三价砷转化为毒性较小的五价砷，并进行固定，得到的废渣主要为砷酸铁，性质稳定，可实现无害化处理。经过氧化-中和阶段对砷进行单独处理后，在之后的硫化反应阶段，污酸中的其它有价金属可得到充分的沉淀，得到的高品位有价金属渣可以进行资源化利用。

该处理方法中，中和反应形成的废渣经浸出试验检测分析后可达到国家普通固废标准，中和渣的主要成分为石膏，具有一定的经济价值，可用作为水泥厂固化剂或其他建筑材料使用。该工艺可实现中和渣的资源化利用，避免其堆存危害环境。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1中污水处理系统的结构示意图(亦即工艺原理图)。

图2为本实用新型的实施例2、3中污水处理方法的工艺流程图。

图例说明：

1、氧化中和反应槽；2、硫化反应槽；3、中和反应槽；4、气浮装置；5、过滤器；6、第一压滤机；7、沉淀池；8、第二压滤机；9、纳米分布头；10、气液混合管。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1

一种本实用新型的污水处理系统，如图1所示，该污水处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽1、过滤器5、硫化反应槽2、第一压滤机6、中和反应槽3和气浮装置4，气浮装置4设有用于排放气浮分离所得碱性中和剂的第一出口，气浮装置4的第一出口与氧化中和反应槽1连通。

本实施例中，气浮装置4内设有气液混合管10，气液混合管10靠近出口端设有纳米分布头9。气液混合管10用于将气浮装置4入口通入的中和反应产生的反应产物与气浮装置4进气口通入的空气混合，纳米分布头9可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高分离效率。

本实施例中，气浮装置4设有用于排放气浮分离所得反应液的第二出口，气浮装置4的第二出口与沉淀池7连通，沉淀池7与第二压滤机8连通，第二压滤机8的出液口与气浮装置4的入口连通。

上述本实施例的处理系统在处理酸性污水(砷含量在0.5mg/L以上均可处理)时，其工作原理如下：

将预处理后的酸性污水送至氧化中和反应槽1中，向氧化中和反应槽1中加入氧化剂和亚铁盐，然后加入碱性中和剂调节污水pH至3～4，经搅拌反应后，反应产物送至过滤器5中进行过滤，所得滤渣(砷酸铁渣)外排进行无害化处理(如填埋)，所得滤液送至硫化反应槽2中。向硫化反应槽2中加入硫化钠溶液，经搅拌反应后，反应产物送至第一压滤机6进行压滤，所得滤渣(有价金属硫化渣)进行资源化回收利用，所得滤液送至中和反应槽3中。向中和反应槽3中加入石灰乳调节pH至10～11.5，经搅拌反应后，反应产物送至气浮装置4内进行气浮分离，分离出的碱性中和剂返送至氧化中和反应槽1中，分离出的反应液送至沉淀池7进行絮凝沉淀，所得上清液进行达标排放，所得沉淀物送至第二压滤机8中进行压滤，压滤渣作为普通废渣处理，压滤液返送至气浮装置4中。

实施例2：

一种本实用新型的污水处理系统的应用实例，采用该处理系统处理某有色冶炼酸性污水1L，其中酸质量分数(以硫酸计)1.5％，砷离子浓度125.163mg/L，铅离子浓度4.518mg/L，铜离子浓度36.35mg/L，镉离子浓度21.896mg/L，镍离子浓度80.089mg/L，锌离子浓度50.949mg/L，硫酸根浓度35000mg/L。处理方法包括以下步骤，流程如图2所示：

(1)氧化-中和反应：将均化处理后的酸性污水中投加双氧水(工业级30wt％含量)280mg、七水合硫酸亚铁(工业级56wt％含量)1700mg后，再加Mg(OH)₂600mg，将污水pH调至3.5，反应2小时后，过滤分离，得到滤渣350mg，主要成分为砷酸铁；滤液中砷离子浓度0.1277mg/L，铅离子浓度小于0.003mg/L，铜离子浓度0.144mg/L，镉离子浓度14.42mg/L，镍离子浓度64.97mg/L，锌离子浓度14.00mg/L。将滤液送至步骤(2)的硫化反应工序，滤渣进行无害化处理(可填埋)。

(2)硫化反应：在氧化-中和反应后的滤液中加入硫化钠(工业级56wt％含量)280mg(优选以硫化钠溶液的形式加入，可加速反应)，搅拌30min后，压滤，得到滤液和滤渣(硫化渣)。其中滤渣270mg，主要为有价重金属硫化渣。滤液中砷离子浓度0.0125mg/L，铅离子浓度小于0.003mg/L，铜离子浓度0.018mg/L，镉离子浓度小于0.005mg/L，镍离子浓度0.172mg/L，锌离子浓度0.012mg/L，重金属离子浓度排放量已达到国家相关行业标准。

(3)中和反应：将硫化反应后的滤液中加入石灰乳(即石灰浆、石灰水)20mL调节pH至10.5，进行反应40分钟，然后利用气浮装置进行吹脱分离，得到20ml含氢氧化镁胶体的上层液返回步骤(1)进行回用，剩下的反应液进行絮凝沉淀，沉淀后的上清液进行达标排放，沉淀物进行压滤脱水，得到压滤石灰渣1g可作为普通废渣进行处理，压滤液返回气浮分离工序中继续处理。该中和反应过程中，所用气浮装置内设有纳米分布头(可商购)，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高分离效率。

对比例1：

同样取上述实施例2的企业酸性污水1L，酸质量分数(以硫酸计)1.5％。通过加入硫化钠(工业级56wt％含量)4g进行反应30分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物2.4g，此时上清液中砷离子浓度30.741mg/L，铅离子浓度1.205mg/L，铜离子浓度0.015mg/L，镉离子浓度0.581mg/L，镍离子浓度74.813mg/L，锌离子浓度46.414mg/L；并取上清液加入亚铁盐8.2g进行曝气反应20分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物5.2g，此时上清液中砷离子浓度小于0.003mg/L，铅离子浓度小于0.03mg/L，铜离子浓度小于0.01mg/L，镉离子浓度小于0.05mg/L，镍离子浓度49.27mg/L，锌离子浓度38.64mg/L；并取上清液加入石灰乳80mL调节pH至10.5，进行反应20分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物8g，上清液实现排放或者回用。

通过该工艺实验对比，本实用新型相对于传统工艺处理方法所产生的渣量显著减少，同等污水反应量条件下，传统工艺形成的渣量达到了15.6个单位，全部有价金属分布在各类废渣中且均不能实现回收利用，而本实用新型的方法渣量只达到了1.62个单位，其中砷和其它有价金属(主要为镍)实现了分别富集，形成的0.27个单位高品位含镍渣等实现了可资源化回收利用。同时，本实用新型中的酸性污水在经过硫化反应后就已经达到行业标准，硫化反应后的清液经过石灰乳调节pH后，充分实现氢氧化镁的吹脱分离并进行回用，并形成具有一定经济价值的石膏渣，本实用新型在各处理药剂的使用量上显著减少，尤其是在硫化钠药剂的使用量上，使用量的减少使得硫化工序设备投资及相关防护措施得到根本性的改变。

实施例3：

一种本实用新型的酸性污水资源化无害化处理系统的应用实例，采用该处理系统处理某有色冶炼酸性污水1L，其中酸质量分数(以硫酸计)2.8％，砷离子浓度820.51mg/L，铅离子浓度7.68mg/L，铜离子浓度56.75mg/L，镉离子浓度45.968mg/L，镍离子浓度127.89mg/L，锌离子浓度73.493mg/L。处理方法包括以下步骤，流程如图2所示：

(1)氧化-中和反应：将均化处理后的酸性污水中投加双氧水(工业级30wt％含量)1.8g、硫酸亚铁(具体为七水合硫酸亚铁，工业级56wt％含量)12.5g后，再加Mg(OH)₂1.1g，将污水pH调至3.6，反应2小时后，过滤分离，得到滤渣2.1g，主要成分为砷酸铁；滤液中砷离子浓度0.391mg/L，铅离子浓度0.034mg/L，铜离子浓度0.512mg/L，镉离子浓度31.29mg/L，镍离子浓度118.63mg/L，锌离子浓度17.34mg/L。

(2)硫化反应：在氧化-中和反应的滤液中加入硫化钠(工业级56wt％含量)0.5g，搅拌30min后，压滤，得到滤液和滤渣。其中滤渣0.5g，主要为有价重金属硫化渣。滤液中砷离子浓度0.0271mg/L，铅离子浓度小于0.005mg/L，铜离子浓度0.039mg/L，镉离子浓度小于0.005mg/L，镍离子浓度0.241mg/L，锌离子浓度0.032mg/L，重金属离子浓度排放量已达到国家相关行业标准。

(3)中和反应：将硫化反应后的滤液中加入石灰乳35mL调节pH至10.2，进行反应40分钟，然后反应产物用气浮装置进行吹脱分离，得到30ml含氢氧化镁胶体的上层液返回步骤(1)进行回用，剩下的反应液进行絮凝沉淀，沉淀后的上清液进行达标排放，沉淀物进行压滤脱水，得到压滤石灰渣4.2g可作为普通废渣进行处理，压滤液返回气浮分离工序中继续处理。其中气浮装置采用纳米分布头，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高分离效率。

对比例2：

同样取上述实施例3的企业酸性污水1L，酸质量分数(以硫酸计)2.8％，通过加入硫化钠(工业级56wt％含量)12g进行反应30分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物9.4g，此时上清液中砷离子浓度80.475mg/L，铅离子浓度1.876mg/L，铜离子浓度0.172mg/L，镉离子浓度0.881mg/L，镍离子浓度104.381mg/L，锌离子浓度64.381mg/L；并取上清液加入亚铁盐23.25g进行曝气反应20分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物19.16g，此时上清液中砷离子浓度小于0.005mg/L，铅离子浓度小于0.03mg/L，铜离子浓度小于0.01mg/L，镉离子浓度小于0.05mg/L，镍离子浓度31.57mg/L，锌离子浓度25.14mg/L；并取上清液加入石灰乳118mL调节pH至10.5，进行反应20分钟，然后进行静置分离，形成沉淀物30.62g，上清液实现排放或者回用。

通过该工艺实验对比，本实用新型相对于传统工艺处理方法所产生的渣量显著减少，同等污水反应量条件下，传统工艺形成的渣量达到了60个单位，全部有价金属分布在各类废渣中且均不能实现回收利用，而本工艺的渣量只达到了6.8个单位，其中砷和其它有价金属(主要为镍)实现了分别富集，形成的0.5个单位高品位含镍渣等实现了可资源化回收利用。同时，本实用新型中酸性污水在经过硫化反应后就已经达到行业标准，硫化反应后的清液经过石灰乳调节pH后，充分实现氢氧化镁的吹脱分离并进行回用，并形成具有一定经济价值的石膏渣。本实用新型在各处理药剂的使用量上显著减少，尤其是在硫化钠药剂的使用量上，使用量的减少使得硫化工序设备投资及相关防护措施得到根本性的改变。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种污水处理系统，其特征在于，所述处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽(1)、过滤器(5)、硫化反应槽(2)、第一压滤机(6)、中和反应槽(3)和气浮装置(4)；所述气浮装置(4)设有用于排放气浮分离所得碱性中和剂的第一出口，所述第一出口与氧化中和反应槽(1)连通。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述气浮装置(4)内设有气液混合管(10)，所述气液混合管(10)内设有纳米分布头(9)。

3.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其特征在于，所述气浮装置(4)设有用于排放气浮分离所得反应液的第二出口，所述第二出口与沉淀池(7)连通，所述沉淀池(7)与第二压滤机(8)连通，所述第二压滤机(8)与所述气浮装置(4)连通。