重金屬廢水處理廠改造工程設(shè)計(jì)

1、引言

湖南某園區(qū)重金屬廢水處理廠主要處理園區(qū)企業(yè)排放的含重金屬廢水及廠區(qū)初期雨水，廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后就近排入河流。現(xiàn)有處理工藝為電化學(xué)絮凝法處理含重金屬工業(yè)廢水。

該園區(qū)周邊遺留多個(gè)尾礦庫，地勢(shì)低洼，匯集了大量重金屬廢水，這些廢水通過管網(wǎng)收集后排入重金屬廢水處理廠管網(wǎng)。新增廢水含有大量重金屬離子，各污染因子濃度高，不滿足現(xiàn)有重金屬廢水處理廠進(jìn)水水質(zhì)要求，直接通過現(xiàn)有處理工藝無法達(dá)標(biāo)，因此需要新增一套預(yù)處理設(shè)施，將該重金屬廢水進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)入現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)排放。

2、項(xiàng)目情況

2.1 重金屬廢水處理廠情況

某園區(qū)重金屬廢水處理廠主要處理技術(shù)為電化學(xué)絮凝法，現(xiàn)有工藝如圖1所示。

重金屬廢水處理廠進(jìn)水和出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，該重金屬廢水處理廠出口中鉛、砷、鎘、鋅等重金屬污染因子達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他污染因子達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 尾礦重金屬廢水情況

園區(qū)周邊遺留多個(gè)尾礦庫，匯集了大量重金屬廢水，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，尾礦重金屬廢水水質(zhì)參數(shù)如下表2所示。

從表2可以看出，尾礦廢水中的鎘濃度20mg/L~80mg/L、CODcr160mg/L~600mg/L，超過了重金屬廢水處理廠的進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)(鎘≤0.1mg/L,CODcr≤120mg/L)。該股重金屬廢水如果直接進(jìn)入現(xiàn)有重金屬廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，會(huì)對(duì)該重金屬廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生很大的沖擊，從而影響出水水質(zhì)，出水無法達(dá)到排放要求。因此需要先進(jìn)行預(yù)處理，滿足重金屬廢水處理廠進(jìn)水要求后，再排入現(xiàn)有重金屬廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

2.3 尾礦重金屬廢水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)

從表2可以看出，尾礦廢水水質(zhì)變化較大，故選取檢測(cè)數(shù)據(jù)最大值作為進(jìn)水水質(zhì)，進(jìn)行尾礦廢水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。尾礦重金屬廢水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 預(yù)處理工藝選擇

常用重金屬廢水處理技術(shù)有重金屬捕集劑處理法、化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、氧化還原法、膜分離法和微電解法等。重金屬捕集劑相比于其他處理方法，去除率高，絮凝效果佳，污泥量少且螯合物易脫水，處理費(fèi)用相對(duì)較低。

該重金屬廢水中有機(jī)物成分復(fù)雜，除了含有重金屬外，還含有機(jī)物，很多都是難降解物質(zhì)，可生化性差。對(duì)于這類廢水一般生物法很難處理，且普通的氧化劑的氧化能力也難以滿足要求。芬頓氧化產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，能氧化分解有機(jī)物，羥基自由基可以同時(shí)氧化多種有機(jī)物的混合物、容易控制、反應(yīng)速率快等特點(diǎn)。

因此本項(xiàng)目擬將芬頓氧化與重金屬捕集劑法兩種方法相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，使其能夠更好的去除廢水中重金屬、CODcr和其他污染物，滿足重金屬廢水處理廠進(jìn)水要求。

為了驗(yàn)證芬頓氧化+重金屬捕集劑工藝的可行性，進(jìn)行了芬頓氧化試驗(yàn)和重金屬捕集試驗(yàn)。

3.2 芬頓氧化試驗(yàn)

取廢水置于燒杯中，用Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH到5，芬頓氧化加藥量入：質(zhì)量比(H2O2:原水CODcr)=2:1，摩爾比(H2O2:FeSO4?7H2O)=3:1，攪拌反應(yīng)2h后，用Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH到7，加入PAM混凝沉淀，然后靜置0.5h后，取樣分析CODcr。

從表4可以看出芬頓氧化對(duì)尾礦廢水CODcr的去除率可達(dá)64%~70%，出水滿足重金屬廢水處理廠進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 重金屬捕集試驗(yàn)

取芬頓氧化后出水置于另一個(gè)燒杯中，加入重金屬捕集劑攪拌反應(yīng)15min后，再加入PAC、PAM絮凝沉淀，然后靜置0.5h后，本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)鎘進(jìn)行了取樣分析。

從表5可以看出，重金屬捕集劑對(duì)尾礦廢水中鎘的去除率可到99%，經(jīng)重金屬捕集劑處理后，出水鎘的濃度小于0.1mg/L，滿足重金屬廢水處理廠進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

4、預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本項(xiàng)目整體工藝采用芬頓氧化+重金屬捕劑工藝，工藝流程如圖2所示，主要包括調(diào)節(jié)池、芬頓氧化池、重金屬反應(yīng)器和清水池。

工藝描述：

1)PH調(diào)節(jié)池PH調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)PH的作用。通過管網(wǎng)，將重金屬廢水送入PH調(diào)節(jié)池，加入Ca(OH)2，調(diào)節(jié)pH為4.5~5。

2)芬頓氧化池將PH調(diào)節(jié)池出水泵送入芬頓氧化池，向芬頓氧化池中加入30%H2O2和FeSO4，在空氣曝氣的協(xié)同作用下，廢水經(jīng)過強(qiáng)氧化反應(yīng)后，大部分重金屬絡(luò)合物經(jīng)破絡(luò)，有機(jī)污染物被降解成小分子化合物，重金屬離子游離出來。芬頓反應(yīng)2h后，加入Ca(OH)2，調(diào)節(jié)pH為7~8，然后加入PAM，加速廢水中的有機(jī)懸浮物和游離重金屬態(tài)產(chǎn)生絮凝體進(jìn)行沉降去除。

3)重金屬反應(yīng)器重金屬反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置有反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和出水區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有豎直擋板，重金屬反應(yīng)器下部設(shè)置曝氣裝置。

沉淀池出水進(jìn)入重金屬反應(yīng)器，首先加入重金屬捕集劑，重金屬捕集劑能夠結(jié)合重金屬離子，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。然后加入PAC、PAM加速廢水中的游離重金屬態(tài)產(chǎn)生絮凝體。在反應(yīng)區(qū)，液體上流時(shí)推動(dòng)重捕劑和絮凝劑上流使得豎直擋板兩側(cè)存在密度差，從而液體流向另一側(cè)，使得固液在重金屬反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過控制進(jìn)水閥門，使得廢水在重金屬反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間為0.5~1h，當(dāng)反應(yīng)區(qū)的液面達(dá)到一定高度時(shí)，廢水進(jìn)入上方的沉淀區(qū)，廢水中懸浮的重金屬螯合物在沉淀區(qū)斜板處沉淀，分離出的重金屬螯合物在重力的作用下沿著斜板向下滑至重金屬反應(yīng)器底部，廢水經(jīng)沉淀區(qū)處理后進(jìn)入出水區(qū)，經(jīng)抽樣檢測(cè)后進(jìn)入清水池。

4)清水池經(jīng)重金屬捕集劑處理后的廢水進(jìn)入清水池，最后進(jìn)入園區(qū)重金屬廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

5、結(jié)論

1)根據(jù)上述分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，芬頓氧化+重金屬捕集的組合工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)尾礦重金屬廢水的預(yù)處理，CODcr的去除率為60%~70%，鎘的去除率可達(dá)99%，出水CODcr濃度小于120mg/L，鎘的濃度小于0.1mg/L，出水滿足重金屬廢水處理廠進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

2)重金屬捕集劑可高效去除重金屬離子，且產(chǎn)泥量少，不存在二次污染。對(duì)于重金屬廢水來說，COD、重金屬離子都是廢水達(dá)標(biāo)排放的重要指標(biāo)，在高級(jí)氧化+重金屬捕集劑的組合工藝的前提下，可有效實(shí)現(xiàn)高濃度重金屬廢水處理和達(dá)標(biāo)排放，降低能源消耗。

3)芬頓反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量污泥，同時(shí)考慮到污泥壓濾效率，添加無機(jī)物料增加脫水效果，最終導(dǎo)致污泥產(chǎn)量較多。為減少污泥處理費(fèi)用，建議充分利用廠內(nèi)空閑地對(duì)污泥進(jìn)行攤鋪晾曬，盡可能的減少污泥含水率，以降低污泥重量，減少處理費(fèi)用。

4)采用芬頓氧化+重金屬捕集劑的組合工藝處理重金屬廢水時(shí)，需要考慮芬頓藥劑和重金屬捕集劑的投加量，選擇合適的加藥量達(dá)到處理要求，減少不必要的藥劑成本，同時(shí)減少污泥量，降低污泥處置費(fèi)用。

5)重金屬捕集劑作為本工藝的重要藥劑，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要根據(jù)重金屬廢水的變化情況、特點(diǎn)及處理要求等，選擇合適的重金屬捕集劑，從而滿足重金屬廢水的處理要求。（來源：杰瑞環(huán)境工程技術(shù)有限公司）