重金屬廢水處理廠改造工程設計

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)處理達標后就近排入河流?，F(xiàn)有處理工藝為電化學絮凝法處理含重金屬工業(yè)廢水。

該園區(qū)周邊遺留多個尾礦庫，地勢低洼，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水水質(zhì)要求，直接通過現(xiàn)有處理工藝無法達標，因此需要新增一套預處理設施，將該重金屬廢水進行預處理后，再進入現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)處理達標排放。

2、項目情況

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為電化學絮凝法，現(xiàn)有工藝如圖1所示。

重金屬廢水處理廠進水和出水水質(zhì)標準如表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到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)表1III類水質(zhì)標準，其他污染因子達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級B標準。

2.2 尾礦重金屬廢水情況

園區(qū)周邊遺留多個尾礦庫，匯集了大量重金屬廢水，經(jīng)現(xiàn)場取樣檢測，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水標準(鎘≤0.1mg/L,CODcr≤120mg/L)。該股重金屬廢水如果直接進入現(xiàn)有重金屬廢水處理系統(tǒng)進行處理，會對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)，出水無法達到排放要求。因此需要先進行預處理，滿足重金屬廢水處理廠進水要求后，再排入現(xiàn)有重金屬廢水處理系統(tǒng)進行進一步處理。

2.3 尾礦重金屬廢水預處理系統(tǒng)進出水水質(zhì)

從表2可以看出，尾礦廢水水質(zhì)變化較大，故選取檢測數(shù)據(jù)最大值作為進水水質(zhì)，進行尾礦廢水預處理系統(tǒng)設計。尾礦重金屬廢水預處理系統(tǒng)設計進出水水質(zhì)如表3所示。

3、實驗驗證

3.1 預處理工藝選擇

常用重金屬廢水處理技術有重金屬捕集劑處理法、化學沉淀法、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，處理費用相對較低。

該重金屬廢水中有機物成分復雜，除了含有重金屬外，還含有機物，很多都是難降解物質(zhì)，可生化性差。對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)生具有強氧化性的羥基自由基，能氧化分解有機物，羥基自由基可以同時氧化多種有機物的混合物、容易控制、反應速率快等特點。

因此本項目擬將芬頓氧化與重金屬捕集劑法兩種方法相結合，充分發(fā)揮各自的特點與優(yōu)勢，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水要求。

為了驗證芬頓氧化+重金屬捕集劑工藝的可行性，進行了芬頓氧化試驗和重金屬捕集試驗。

3.2 芬頓氧化試驗

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尾礦廢水CODcr的去除率可達64%~70%，出水滿足重金屬廢水處理廠進水標準。

3.3 重金屬捕集試驗

取芬頓氧化后出水置于另一個燒杯中，加入重金屬捕集劑攪拌反應15min后，再加入PAC、PAM絮凝沉淀，然后靜置0.5h后，本次實驗主要對鎘進行了取樣分析。

從表5可以看出，重金屬捕集劑對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水標準。

4、預處理工藝設計

根據(jù)上述分析和實驗驗證，本項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)過強氧化反應后，大部分重金屬絡合物經(jīng)破絡，有機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，加速廢水中的有機懸浮物和游離重金屬態(tài)產(chǎn)生絮凝體進行沉降去除。

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

沉淀池出水進入重金屬反應器，首先加入重金屬捕集劑，重金屬捕集劑能夠結合重金屬離子，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。在反應區(qū)，液體上流時推動重捕劑和絮凝劑上流使得豎直擋板兩側存在密度差，從而液體流向另一側，使得固液在重金屬反應器內(nèi)循環(huán)流動，通過控制進水閥門，使得廢水在重金屬反應器內(nèi)的停留時間為0.5~1h，當反應區(qū)的液面達到一定高度時，廢水進入上方的沉淀區(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器底部，廢水經(jīng)沉淀區(qū)處理后進入出水區(qū)，經(jīng)抽樣檢測后進入清水池。

4)清水池經(jīng)重金屬捕集劑處理后的廢水進入清水池，最后進入園區(qū)重金屬廢水處理系統(tǒng)進一步處理。

5、結論

1)根據(jù)上述分析和實驗驗證，芬頓氧化+重金屬捕集的組合工藝可實現(xiàn)對尾礦重金屬廢水的預處理，CODcr的去除率為60%~70%，鎘的去除率可達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水標準。

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。對于重金屬廢水來說，COD、重金屬離子都是廢水達標排放的重要指標，在高級氧化+重金屬捕集劑的組合工藝的前提下，可有效實現(xiàn)高濃度重金屬廢水處理和達標排放，降低能源消耗。

3)芬頓反應過程中產(chǎn)生大量污泥，同時考慮到污泥壓濾效率，添加無機物料增加脫水效果，最終導致污泥產(chǎn)量較多。為減少污泥處理費用，建議充分利用廠內(nèi)空閑地對污泥進行攤鋪晾曬，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，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到處理要求，減少不必要的藥劑成本，同時減少污泥量，降低污泥處置費用。

5)重金屬捕集劑作為本工藝的重要藥劑，在實際運行過程中，需要根據(jù)重金屬廢水的變化情況、特點及處理要求等，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)境工程技術有限公司）