商洛煉鋅廠污水處理系統的設計及生產實踐

聶翠云,王紅軍

(陜西鋅業有限公司商洛煉鋅廠,陜西商洛 726007)

商洛煉鋅廠污水處理系統的設計及生產實踐

聶翠云,王紅軍

(陜西鋅業有限公司商洛煉鋅廠,陜西商洛 726007)

介紹商洛煉鋅廠10萬t/a電鋅及配套焙燒煙氣制酸項目污水處理系統的設計工藝、主要設備及生產運行的實踐情況。本系統自2009年6月與項目建設同時建成,同時投入生產,安全運行至今,未發生重大設備事故和環保事故,可作為項目環境影響評價、環境保護設施設計、竣工環境驗收及其污水污染物排放管理的重要依據。

DOL:污水處理;工藝;達標;生產實踐

陜西鋅業有限公司商洛煉鋅廠(以下簡稱煉鋅廠)為符合國家《鉛鋅行業準入條件》,于2006年開始實施10萬t/a電鋅及配套焙燒煙氣制酸項目建設,為達到鉛鋅冶煉污染物排放符合國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)規定,嚴禁鉛鋅冶煉廠廢水中重金屬離子等有害物質超標排放,及國家實施南水北調工程,對丹江上游地區生態建設和環境保護提出的要求,同時建設污水處理系統,2009年6月全部建成投產,污水處理系統作為環境監督管理的窗口發揮了非常重要的作用。

1 設計工藝及污水處理工藝流程

1.1 生產工藝

采用三級中和加兩級過濾凈化工藝,即含有酸的污水加石灰乳Ca(OH)2進行一級中和,pH值控制在8～9左右,除去酸及大部分As、Hg等重金屬,經液固分離后,上清液與濕法煉鋅排出的含有重金屬的污水混合進行二級中和,pH值控制在10～10.5左右,進行二次液固分離,這時大部分重金屬如鋅、銅、鉛、鎘等進入渣中被除去,上清液進行三級中和, pH值控制在11～12,進一步除去廢水中殘留的少量砷、汞等,然后通過斜板沉淀池、壓濾進行液固分離,上清液經沸石過濾器及活性炭過濾器,除去水中的微小懸浮顆粒物、色度,廢水進入中間水池,加鹽酸或硫酸調節pH值至6～9后進入回用水池。

1.2 工藝流程

工藝流程圖如圖1所示。

2 主要設備

主要設備列于表1。

圖1 污水處理工藝流程圖

表1 污水處理系統主要設備清單

3 生產中的主要環節及控制措施

3.1 對pH值的控制

廢水中各種重金屬離子通過投加Ca(OH)2沉淀處理,其對pH的要求很嚴格,各種重金屬都有一個最佳沉淀效果的pH值,本工藝采用中和沉淀,同時投入少量的NaOH來調節污酸pH值,一則避免Ca(OH)2投加過量,而造成污泥量增大,加重污泥處理設備負荷,二則由于投入少量的NaOH,絕對保證了各種重金屬離子的沉淀所要求的pH值,NaOH的投加量由pH自控儀自動控制。

污酸中的As高達2.38 g/L、Hg0.14 g/L,因As、Hg的共同效果最佳pH值為8～9左右,在中和處理污酸中酸的同時去除水中的大部分砷及其它重金屬離子。

二級混凝中和對污水中的酸進行二次中和同時去除Pb、Zn、Cd、Cu,該段處理的pH最佳值為10～10.5左右。

由于污水中F高達0.56 g/L,Hg0.14 g/L,氟化物及Hg去除對pH的要求為12,所以設三次混凝沉淀處理。在混凝沉淀段同時能使污水中的SS、COD也得以大部分除去。

3.2 設備配置及工藝描述

3.2.1 一級中和反應槽

本工藝采用投加石灰與鐵鹽共沉淀法去除砷,同時沉淀去除其它部分重金屬離子,pH值控制在8～9,通過濃密池壓濾機(3臺125 m2)壓濾進行液固分離,除去酸和As、Hg及大部分重金屬。采用機械格柵可以去除污水中的垃圾雜質,特別是可能引起氧化池堵塞的固體,避免管道、補水裝置、接觸氧化填料的堵塞,有效確保后續設備的正常運行,有效地降低后續裝置工作負荷,改善設備的出水水質。其主要反應如下:

3.2.2 二級反應槽

一級處理后的上清液與與濕法煉鋅排出的含有重金屬的污水混合進行二級中和,在二級反應槽采用石灰乳中和,pH控制在10～10.5,以除去大部分重金屬,為提高混凝效果、防止結垢,反應采用機械攪拌,攪拌器采用碳鋼襯膠材質,用擺線針輪減速機。其主要反應如下:

3.2.3 高效濃密機

污酸廢水經一級反應槽中和反應后產生的硫酸鈣(石膏)及重金屬絮狀沉淀物由濃密機進行分離處理。濃密機是一種將均勻液固相混合物進行重力沉降分離的設備。主要是利用濃密機中沉淀層的自動檢測和電信號轉換來控制濃密機底流泵的速度,實現界面相對恒定的一套系統。其原理是利用液體與固體物料(通常稱為泥漿)進行重力沉降分離,泥漿是用旋轉的刮泥耙向中心收集后由槽底中心的排出口排出槽外。本工藝采用的高效濃密機在原基礎上增加造成翻花現象。增設內溢流堰,使物料按規定行程流動,防止了短路現象;將靶齒形由斜線改為曲線型,使沉淀物不僅向心耙,而且還給了一個向中心積壓的壓力,使之排污泥流濃度高,從而增加了處理能力。

3.2.4 三級反應槽

通過控制pH在11～12,使溶液中的F與微量Hg反應生成氟化物沉淀而進一步除去汞,以提高水質。

3.2.5 高效斜板沉淀池

廢水經反應池中和反應后產生的氟化物及其它重金屬氫氧化物、SS、COD在這里得到有效沉淀去除,高效斜板沉淀是根據平流池去除分散性顆粒的沉淀原理,在池內增加許多斜管后加大水池過水斷面,同時減少水力半徑,為此在同樣的水平流速時,可以大大降低雷諾數Re,從而減少水的紊動,促進沉淀。另外加設了斜板使顆粒沉淀距離大大縮短,減少沉淀時間,沉淀效率大大提高。高效斜板沉淀池設計表面負荷0.5 m3/m2·h,斜板采用PVC材質。3.2.6 高效沉淀氣浮

沉淀氣浮的目的是進行深度處理,增設混凝段投加PAC、PAM進一步降低廢水中重金屬離子和COD、SS等物質含量。

因前級化學沉淀處理過程中,pH值設至堿性,所以在氣浮裝置前投加H2SO4調整廢水pH值至10。H2SO4的投加由pH控制儀控制。

為了提高氣浮的處理效果,采用目前先進的沉降氣浮,該氣浮不但有一般氣浮的浮選作用,同時又新增了沉淀的功能,以徹底解決有些重金屬離子給加藥反應浮選困難的問題,經過加藥反應后大部分重金屬靠浮選去除,而有些比較重的絮凝物由沉降去除。該氣浮加高了設備本體,底部設置了穩流管和專用的排氣裝置。

氣浮是利用釋放器產生的微小氣泡沾附在污泥顆粒上,使其浮于水面,然后由除沫機將其帶走,達到理想的固液分離效果,同時由于充分的空氣進入,可進一步徹底氧化剩余有機物。沉降的污泥由專用排泥裝置排入污泥濃縮池。

氣浮的工作過程:當廢水進入氣浮池接觸室與溶氣水稀釋器放出微氣泡相遇,絮粒與氣泡粘附,即在氣浮分離室進行渣、水分離,浮渣捕于池面,到期刮入排渣槽,流入污泥池,清水由集水槽引出,流入中間水池。其中部分清水則經回流水泵加壓進入壓力溶氣罐,同時,空氣壓縮機亦將壓縮空氣壓入壓力溶氣罐,在溶氣罐內形成溶氣水,溶氣水由溶氣罐直接壓入溶氣釋放器,供氣浮使用,這一全過程實際上就是固液分離的過程。

3.2.7 沸石過濾器

本工藝是為了防止經化學沉淀,沉降氣浮處理后仍有微量的Cd、Zn、As、Pb等重金屬泄漏,所以后續處理設備中設置了沸石過濾器,以確保達標排放。沸石過濾器是國內新近開發的一種過濾材料,不但能過濾截留廢水懸浮物顆粒而且具有良好的吸附作用,特別是對重金屬離子顯著的吸附去除作用。

沉降氣浮裝置出水進入中間水池后由提升泵抽入沸石過濾器,沸石過濾器采用深層技術直接過濾的方式。其濾料沸石是經過人工篩選出來的天然礦石,具有離子交換性和吸附性,比表面積可達500～1 000 m2/kg。沸石首先把廢水中的有機物吸附在沸石的外表及內部,對各種重金屬離子有一定的吸附作用。

通過沸石過濾層空隙截留水中雜質,使出水水質更為優良。

3.2.8 活性炭吸附器

活性炭吸附器的設置是本工藝的保障措施,過濾器填裝優質活性炭,活性炭對砷具有特別優良的吸附性,對污水中的砷、汞具有相當強的吸附作用,并對其它殘留的鉛、鎘等重金屬也具有一定的吸附作用,同時活性炭過濾器能吸附去除水中的有機雜質、色度,以確保排放水質中各項重金屬指標達標。

3.2.9 變頻供水泵

處理后的水由變頻供水泵送出用于廠區綠化。供水泵選用兩臺主泵及一臺副泵,水泵選用立式泵,并配變頻器以保持供水系統管網恒定在設計壓力范圍內,使得整個供水系統能夠保持高效節能的最佳狀態。

3.2.10 PAC、PAM、PFS加藥裝置

加藥采用仿美加藥裝置,由攪拌箱、溶液箱、攪拌機、加藥泵以及輔助水泵、管路、閥門、管計、表計等組成。加藥裝置內所有設備、電控柜、管道、閥門等全部固定在一個碳鋼底盤上。其主要構成如下:

攪拌溶液箱帶有攪拌器、電機、必要接管及附件。

攪拌溶液箱本體材質為Q235A防腐。溶藥罐設有溢流、排污、進水、出液等接口。包括攪拌器、減速器和電機,攪拌器的葉輪及軸的材質為不銹鋼。攪拌器能實現定時開關。

貯液箱帶有就地液位計、必要接管及附件。

計量泵采用隔膜式計量泵,它采用了一種特殊而簡單的密封方式,因而具有良好的耐腐蝕和無泄漏,可滿足強腐蝕性介質的要求。

計量泵進口配PVC材質Y型過濾器,以截留藥液中的固體顆粒及殘渣,確保計量泵的正常運行及壽命。

4 生產運行情況

綜合廢水總排放量1 000 m3/d,其中污酸180 m3/d,濕法煉鋅240 m3/d,化學水處理站(間斷排放)酸堿廢水、反沖洗水20 t/h及其它廢水。

處理前后污水成分含量見表2、表3。

5 運行過程中的常見問題及對策

運行過程中的常見問題及對策列于表4。

表2 未處理前污水成分

表3 處理后污水成分

表4 運行過程中的常見問題及對策

6 幾點體會

1.堿法處理含酸、含重金屬廢水的基本原理是酸堿中和及生成重金屬氫氧化物沉淀,重金屬在不同pH值條件下其溶解度不同,因此在生產實踐中必須嚴格控制溶液pH值,以確保重金屬的最大去除率。

2.中和劑一般選擇石灰,因其來源廣泛,價格低廉,但渣量較大,也有采用燒堿的,雖中和反應效率提高,渣量較小,但成本昂貴,且在壓濾時對濾布有影響,造成濾布發硬,單耗增大。

7 結 語

采用三級處理及過濾凈化工藝,污水處理系統經過兩年來的運行,處理量約為1 000 t/d,包括老廠區產生和排放的有害廢水,處理后水不但達到國家一級排放標準,而且配套建設循環利用設施,循環水利用率可達90%以上,且安裝了在線監測儀,有效保證了全廠污水的達標排放,為企業的發展奠定了基礎。

Abstract:Describe the design process the major equipment and production running of wastewater treatment system in the project of the electric roasting zinc at 100,000 t/a and sulfuric acid in the shangluo zinc plant.In June 2009,since the system was completed,and put into production at the same time the project,has run safely so far, and hasn’t been major equipment accidents as well as environmental incidents,which provides important basis for the project environmental impact assessment,environmental facilities design,inspection to the completion and the management to environment pollutants.

Key words:DOL;wastewater treatment;process;compliance;production practices

Wastewater Treatment System Design and Production Practices in Shangluo Zinc Plant

NIE Cui-Yun,WANG Hong-jun
(Shanxi Zinc Industry Co.,Ltd.Shangluo S melter,Shangluo726007,China)

TF843.1

A

1003-5540(2011)05-0052-05

2011-07-21

聶翠云(1968-),女,工程師,主要從事分析檢驗、環境監測研究工作。