扬中煤化工废水处理技术

 扬中煤化工废水处理技术铜矿采用浮选技术与生物冶金技术处理含铜矿石。随着生产规模的扩大，铜矿石品位的下降，废石产出量逐年上升，在细菌、大气和雨水的作用下，含铜、铁酸性硐坑水量也呈上升趋势，且湿法冶金萃取过程也会排放大量酸性萃余液。目前，环保车间采用传统一段石灰中和工艺处理上述2种酸性废水。从长期的生产实践看，该工艺存在石灰耗量大、中和污泥因粒度微细而沉降困难、处理系统易结垢等问题。

    高浓度泥浆法(HighDensitySludgeProcess，简称HDS)作为传统石灰中和法的替代工艺，在国外已广泛应用。与传统石灰中和工艺相比，该工艺优势明显，主要表现在：①污泥回流使得中和渣中残留的未反应的中和药剂再次参与反应，从而可降低中和药剂用量;②污泥的多次循环使中和渣出现粗颗粒化、晶体化现象，有利于加速絮体沉降，提高浓密系统的处理能力;③回流底泥中的颗粒物可成为新生成物附着、沉积的载体，从而大大降低设备和管路的结垢速度。

    本研究将采用HDS工艺处理目前环保车间的酸性废水，以期解决现场所存在的一系列问题。

    1、废水样

    试验用废水样取自某铜矿环保车间，pH=1.20，明显超出排放标准(pH=6～9)，主要成分见表1。

    从表1可看出，废水样中Fe含量较高，达10.14g/L;Cu、Zn含量均超过《GB8978-1996污水综合排放标准》一级标准要求(其中Cu0.5mg/L，Zn2.0mg/L)。

    2、试验药剂、仪器及方法

    2.1试验药剂及仪器

    (1)试验药剂。

    氧化钙为分析纯试剂;阴离子型絮凝剂爱森05E为工业品，分子量约为1500万，离子度为5%。

    (2)试验仪器。

    JJ3000型电子天平，pHS-3D型pH计，HACH2100Q便携式浊度计，BT-9300S激光粒度分布仪，电热恒温鼓风干燥箱，JJ-1精密増力电动搅拌器，SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵。

    2.2试验方法

    (1)氧化钙中和法造沉淀污泥过程：称取一定质量的氧化钙，按质量浓度10%的比例称取一定质量的水，两者混合后消化一段时间，得到质量浓度10%的石灰乳。将配制好的石灰乳一次性加入废水样中，用pH计监测料浆pH值随时间的变化过程;反应75min后，从中抽取500mL料浆置于量筒中，加入10mg/L絮凝剂并搅拌均匀后进行沉降试验，记录絮凝物高度随时间的变化过程。沉降2h后，虹吸去除上清液，得到沉淀污泥。

    (2)沉淀污泥的回流过程：从沉淀污泥中按一定比例称取污泥，在搅拌条件下加入酸性废水中，反应一定时间后加入一定质量的石灰(已先配制成质量浓度10%石灰乳)，反应75min后，从中抽取500mL料浆置于500mL量筒中，加入10mg/L絮凝剂并搅拌均匀后进行沉降试验。

    (3)重复多次污泥回流，考察回流次数对污泥沉降效果及上清液成分的影响。

    (4)测定沉降后上清液的pH及SO2-4、Cu、Zn、Fe、Al含量。

    3、试验结果及讨论

    现场要求中和后的料浆pH≥6后送尾矿库储存，所对应的现场一级中和搅拌处理时间为16.7min，二级中和搅拌处理时间为56.5min，中和处理总时间为73.2min。基于此，本研究模拟工业生产过程，设计废水中和处理75min时的料浆pH>6，以此确定工艺参数。

    3.1氧化钙用量试验

    氧化钙用量试验固定氧化钙消化时间为30min，搅拌速度为350r/min，试验结果见图1。

    由图1可以看出：①石灰乳刚加入时，料浆pH急剧升高;继续延长反应时间，矿浆pH升高趋缓。②氧化钙用量增大，相同反应时间内料浆pH值越高。综合考虑效率与用量因素，确定氧化钙用量为24g/L。

    3.2氧化钙消化时间试验

    氧化钙消化时间试验固定氧化钙用量为24g/L，搅拌速度为350r/min，试验结果见图2。

    由图2可以看出：随着氧化钙消化时间的延长，相同中和时间下的料浆pH值上升越快。这主要是由于消化时间越长，氧化钙与水反应越充分，生成的氢氧化钙越多，中和酸性废水的反应越充分。若氧化钙消化时间不足，未反应的氧化钙颗粒与酸性水反应时形成的硫酸钙包裹于颗粒表面，阻碍了颗粒内部的氧化钙与酸性水的接触反应。综合考虑，确定氧化钙的消化时间为20min。

    3.3搅拌速度试验

    搅拌速度试验固定氧化钙用量为24g/L，消化时间为20min，试验结果见图3。

    由图3可以看出：提高搅拌速度有利于料浆的中和，因此，确定搅拌速度为400r/min。

    3.4污泥回流试验

    3.4.1污泥回流比例试验

    以氧化钙用量为24g/L，消化时间为20min，搅拌速度为400r/min，中和处理废水样75min后再沉淀2h，吸出上清液，取一定量的污泥回流处理废水样，污泥回流比例对料浆pH值影响试验结果见图4，污泥回流中和75min情况下的上清液成分分析结果见表2。

    从图4可以看出，污泥回流比例越大，相同时间内料浆的pH值越高，表明回流污泥中未反应的氧化钙颗粒继续与废水中的酸反应，引起料浆pH值的升高;污泥回流比例超过40%后再增大回流量，料浆pH相差很小;回流污泥与废水中酸的反应主要发生在前5min，5min后几乎不再影响料浆的pH值。

    从表2可以看出，随着污泥回流比例的增大，中和后液中SO42-、Fe、Al浓度降低较明显;Cu、Zn离子浓度几乎没有变化与其形成沉淀所要求的pH值较高有关。

    污泥中未反应的氧化钙在污泥回流过程中可被再次利用，从而提高氧化钙的利用率。但是，回流比例过大会增加系统的负荷，降低系统的处理能力。综合考虑，确定污泥的回流比例为40%，反应时间为5min。

    3.4.2污泥回流对氧化钙用量的影响

    在污泥回流比例为40%、反应5min后，再加入消化时间为20min的石灰乳，在搅拌速度为400r/min情况下，污泥回流对氧化钙用量影响试验结果见图5。

    从图5可以看出，氧化钙用量越大，料浆pH上升速度越快，相同反应时间内料浆的pH值越高;当氧化钙用量为22.2g/L时，反应75min后料浆的pH满足>6的试验设计要求。因此，确定氧化钙用量为22.8g/L，与污泥不回流相比氧化钙用量减少了7.5%。

    3.4.3污泥回流次数对氧化钙用量的影响

    以3.4.2节确定条件下的污泥进行回流(第2次污泥回流)试验，回流比例为40%，反应5min后，再加入消化时间为20min的石灰乳，在搅拌速度为400r/min情况下，污泥回流对氧化钙用量影响试验结果见图8;以此类推进行第3、4、5次回流试验，结果见图6～9。

    从图6～9可以看出，第2次污泥回流情况下氧化钙用量为22.0g/L即可满足反应75min料浆pH>6的要求;第3～5次污泥回流不再能进一步降低氧化钙的用量。

    3.5絮凝沉降试验

    从上述各确定试验条件下得到的中和料浆中各取500mL，分别加入10mg/L的絮凝剂爱森05E，搅拌均匀后沉降75min时的污泥及上清液指标见表3，沉降曲线。

    从图10可以看出，在初始沉降高度相同的情况下，随着沉降时间的延长，污泥的沉降速度逐渐变慢;总体上说，污泥的回流有利于加速沉降，污泥回流1次增至5次，初期沉降速度反而略有减缓，但后期沉降速度略有提高;随着污泥回流次数的增加，沉降终点的污泥体积先明显减少后趋于稳定。

    从表3可以看出：①随着污泥回流次数的增加，污泥固含量升高，新生污泥干重稳定但湿重下降，表明污泥的沉降性更好，有利于污泥浓度的提高;回流污泥湿重的减少有利于降低后续处理负荷、提高系统处理能力。②污泥的回流会导致上清液金属离子浓度的小幅上升，但与原废水相比金属离子浓度下降显著，不影响中和废水的尾矿库储存。

    污泥回流后显著提高了中和反应的沉降颗粒核心的数量和粒径，进而提高了絮凝剂与污泥颗粒碰撞几率，促进絮凝剂对污泥颗粒的网捕、桥连作用，提高单位絮体的质量，从而提高沉降速度和密实程度。

    污泥回流，在减少氧化钙用量的同时也减少了石灰乳添加引入的水量;另一方面提高了污泥的浓度，在新生成污泥干重基本不变情况下，固含量提高导致新生成污泥湿重显著减少，而新生成污泥湿重的减少又进一步减少了回流污泥的湿重。

扬中煤化工废水处理技术

    (1)某铜矿环保车间的废水在氧化钙用量为24g/L、氧化钙消化时间为20min、搅拌速度为400r/min情况下中和反应75min，料浆的pH>6，满足送尾矿库储存的要求。

    (2)料浆pH>6情况下的污泥回流比例在40%情况下，氧化钙用量降至22.0g/L就可将废水的pH调至6以上，满足送尾矿库储存的要求。

    (3)污泥的回流不仅可以充分利用其中未反应的氧化钙，减少新添氧化钙的用量，还可以改善污泥的沉降性能、提高污泥的固含量，有利于尾矿库回水的澄清。