生物制剂直接深度处理重金属废水工艺流程设计与论证邹奇

生物制剂直接深度处理重金属废水工艺流程设计与论证

此铅锌冶炼集团产生的重金属废水为酸性(pH = 5. 5) ，其中Pb2 +、Cd2 + 、

Cu2 +、Zn2 + 和As等重金属含量较高。传统的处理方法主要是化学沉淀法和吸附

法。针对此冶炼厂重金属废水,着重对硫化物沉淀法、石灰中和沉淀法和生物制

剂法等3 种化学处理方法和生物处理法进行比较论证，并最终选择合适的生物

制剂法处理重金属废水。

（一）工艺概况

1.1 石灰中和沉淀法

, 使它石灰中和沉淀法是在含重金属离子废水中投加消石灰C a( O H )

2

和水中的重金属离子反应生成离子溶度积很小的重金属氢氧化物。通过投药量控

制水中P H 值在一定范围内, 使水中重金属氢氧化物的离子浓度积大于其离子

溶度积而析出重金属氢氧化物沉淀, 达到去除重金属离子, 净化废水的目的。石

灰中和沉淀法的特点是消石灰与水中的重金属离子反应生成离子溶度积很小的

重金属氢氧化物, 因而只要投加少量的消石灰, 水中就会饥出重金属氢氧化物

沉淀。

另一方面石灰价格便宜, 来源广, 处理运转成本低, 石灰的残渣和沉淀

污泥可作为制灰渣砖的掺料, 处理出水的P H 值容易调节处理等,因此石灰中和

沉淀法的应用较为普遍。但要求废水不含络合剂如C N 一、N H 。等, 否则水

中的重金属离子就会和络合剂发生络合反应, 生成以重金属离子为中心离子以

络合剂为配位体的复杂而又稳定的络离子, 使废水处理变得复杂和困难。其主要

去除机理如下：

M n+ + n O H 一→M ( O H )

↓

n

其工艺流程图如下：

回收或排放

沉渣送往堆放场地

硫化沉淀法常用来处理那些用中和沉淀法处理达不到环保规定排放标准的废水, 硫化沉淀法的基本原理是在含有重金属离子的废水中加人N a 2 S 或通人硫化氢气体, 使重金属离子与S 卜生成硫化物沉淀而除去。其沉淀机理是:废水中的重金属离子与S 2 - 结合生成溶解度很小的盐,在水中以沉淀形式出现。主要是：

Na 2S+M n+→Na 2++M 2S n

在一定pH 范围内，硫化物沉淀法是否适用不仅与硫化物的溶度积有关，而且与金属离子的价态和浓度有关。如果溶液的pH 大于硫化物沉淀平衡pH ， 金属硫化物沉淀将析出。pH 低时会生成硫化氢气体。控制溶液的pH 可以选择性地沉淀析出溶度积较小的金属硫化物。

其工艺流程图如下：

进水

石灰石

硫化钠

石灰乳

出水

沉渣废渣

废渣

此冶炼集团可选用中南大学环境工程研究所提供的生物制剂，该药剂是一种富含羟基的胶态粒子，羟基中氧原子的电子结构是1s 2s 2px22 2 pZ ，氧原子外层的电子为SD 杂化状态，其中有两个未共用的电子对占据两个SD0杂化轨道，可与重金属离子成键形成生物配合物。生物制剂在DH值3～4时开始水解，诱导生物配位体形成的“胶团”长大，并形成溶度积非常小的、含有多种元素(如Be、Mn、Si、Mg、A1、0、S、Pb、Cd、Ca、Fe、C、Cu、Zn)的非晶态的化合物，从而使重金属离子高效脱除。冶炼重金属废水通过生物制剂多基团的协同配合，形成稳定的重金属配合物，实现重金属离子（铜、铅、锌、镉、砷、汞等）和钙离子的同时高效净化，净化水中各重金属离子浓度远低于《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)，全面回用于冶炼企业。该技术净化重金属高效、抗冲击负荷强、无二次污染，使用过程无需外加营养源，投资及运行成本低、操作简便，可适用于处理各种重金属离子的工业废水。

生物制剂直接深度处理重金属废水的工艺流程比较简单，总体分两个阶段；

(1)重金属离子与生物制剂配合阶段；

（2）通过添加中和剂调节pH值，使重金属与生物制剂共同水解阶段，其核心工艺流程如下所示：

重金属废水

净化水滤渣

生物制剂中和剂絮凝剂

（二）处理方案的要求

其最主要的依据是原废水的水质,处理应达到的程度与其他自然条件等。一般来说,废水处理工艺流程的选择应当主要考虑以下条件:

(1) 原废水水质:废水的酸碱性、重金属含量的大小以及重金属的种类都会对废水处理时发生的反应造成影响。

(2) 废水的处理程度:确定处理程度是比较复杂的,要考虑的因素很多。主要是受纳水体的功能、水环境质量要求,污染状况与自净能力,以及处理后的废水是否回用等。

(3) 对特定的废水,有可能采用多种工艺流程使其满足应达到的处理程度。这时处理系统的工程造价与运行费用的高低就成为工艺流程选择的重要因素。一般来说,应以原废水水质、水量与其他自然条件作为原始条件,以要求的处理水水质作为约束条件,以处理系统最低的费用为目标函数,力求基建费用最低、能耗最省、运行成本最低为目标。

(4) 二次污染与杂质引入,也是影响废水处理工艺流程选择的重要因素之一。

(5) 废水水量及其变化动态除了废水水质外,废水水量变化幅度的大小也是工艺流程选择应考虑的问题,尤其是在选择外处理构筑物类型应予以充分注意。此外,资金筹措情况、可利用的地区面积、当地的自然条件,特别是污泥处理与利用问题等,也是工艺流程选择不可忽视的因素。

（三）处理方案的选择

冶炼废水多为强酸性废水,且重金属含量高,因此在废水处理过程中,pH

控制条件都较为严格。若采用硫化物沉淀法，会产生以下问题：

①硫化物沉淀一般比较细小,易形成胶体,为便于分离应加入高分子絮凝

剂协助沉淀沉降;

②硫化物沉淀中沉淀剂会在水中部分残留,残留沉淀剂也是一种污染物,

会产生恶臭等,而且S2 -遇到酸性环境时产生有害气体H

S ,将会形成二次污染。

2

若采用石灰中和沉淀法，也会存在如下缺陷：

①重金属废水经中和沉淀处理后废水pH 值较高,需经过处理才能排放;

②实际废水中重金属离子几乎不能单独存在,常常是多种重金属离子共存,当废水中含有锌、铅、铬、锡、铝等两性金属时,在高pH值时有再溶解倾向,处理操作时必须严格控制pH 值,实行分段沉淀法;

③溶液中共存的卤素、氰根、腐植酸、腐植质等可以和重金属离子形成络合物,对中和法有较大影响,有时甚至不形成沉淀,中和之前要进行预处理。，从而提高了处理成本。

④有些沉淀颗粒细小,不易沉降,时常需加入絮凝剂协助沉淀生成,在实

际操作中也应用晶种循环法使沉淀晶体结实粒大,便于沉降。

相比其他两种化学处理法，采用生物制剂法不会存在这些问题，且存在如下优点：

1．抗重金属冲击负荷强，净化高效。生物制剂直接深度处理新工艺抗重金属冲击负荷强，废水中重金属浓度波动很大，且无规律，经生物制剂法处理后净化水中重金属低于或接近《生活饮用水水源水质标准》。同时渣水分离效果好，出水清澈，水质稳定；

2．渣的资源化。根据试验数据统计，处理400 nl ／d的废水处理产生的渣每天约3．5 t，主要是由无定形的重金属离子生物配合体及碳酸钙晶体组成，渣含水率56．3％，含铅0．5％，含Cu 0．3％，含As0．6％，含Ag 63 g／t。

该渣可以选择进入公富氧底吹炼铅系统配料使用，从而实现渣的资源化。

3．工业参数可全自动控制。重金属废水生物制剂直接深度处理工艺过程可以采用工业上成熟的自动化控制技术，能有效降低劳动强度，提高生产效率，

保证废水处理效果，操作简单，便于控制。

4. 处理设施均为常规设施，占地面积小，投资建设成本低，工艺成熟。对于现有石灰中和法处理系统只需增加生物制剂的贮备槽和药剂投加泵等系统，改造费用低。

综上所述，采用生物制剂法直接深度处理重金属废水是最合适且可行的方法。其总体处理工艺流程图如下：

重金属废水

底泥

上清液

回用

滤饼

资源化利用

回用

滤渣 外运