廢水處理工藝優化及改造應用的分析

文｜中鋼石家莊工程設計研究院有限公司 王新鳳

在冶金工業生產活動中，常在涂料加工、清洗作業中，造成工業廢水中富含鉻元素，考慮到含鉻濃度高于0.1mg/L 會引起人體健康問題，并對生態環境帶來不利影響，故而在冶金工業廢水排放中，需針對含鉻廢水實施有效處理，善于借助高效工藝，確保含鉻廢水經過凈化后，能夠適當降低含鉻濃度，為冶金領域的生態化發展給予保障。

1 冶金工業含鉻廢水處理工藝的原理

在冶金工業含鉻廢水處理工藝中，主要包括物理法、化學法、生物法等多種處理方法。綜合多個冶金企業的實際應用成果，本文具體以化學法中的還原沉淀法作為研究對象予以深度討論。其中還原沉淀法在實踐應用中實則是在PH 調節過程（PH調節池）中，重新將含鉻廢水轉化為堿性溶液，之后借助硫酸亞鐵、氫氧化鈉、亞硫酸鈉等還原劑的投放，于反應池中實現還原反應，促使廢水中的“鉻離子”能夠得到還原反應，從“六價離子”還原為“三價離子”，并在沉淀池操作下實現重金屬成分的有效沉淀，此時還可對其實施過濾，便于沉淀物得到相應的沉淀處理，確保含鉻廢水經由還原沉淀法處理后，成為鉻濃度符合安全排放標準的廢水，具體流程如（圖1）所示。由于各個冶金工業企業中應用的還原劑類別、沉淀技術存在差異，造成還原沉淀法獲得的處理成效不一致。同時，雖然此種方法確實具備低成本、易于操作等優勢，但處理期間產生的污泥也存在一定的污染性。因此，可參照還原沉淀法的操作流程加強改造。

圖1 還原沉淀法的處理流程圖

2 冶金工業含鉻廢水處理工藝的不足之處

2.1 還原池設計不合理

在金屬冶煉中，常造成工業廢水中的重金屬含量超標，這不但會威脅人體健康，還會降低冶金工業的生態性，對我國生態環境造成嚴重的影響。所以，需通過對還原沉淀法中含鉻廢水處理工藝現下成果找出不足之處，并對其進行改造，由此提升還原沉淀法的實踐應用性，要求改造后的廢水處理工藝，能夠將冶金工業廢水中的整體含鉻濃度保持在0.1mg/L 以下，“Cr6+”濃度低于0.05mg/L。其中就原有還原沉淀法中的還原池部分進行分析，對于還原劑等輔助原料的投放量，以往過于依靠人力經驗，在投放量準確度不高時，自然無法取得最優化還原結果。

2.2 中和劑選用不科學

在還原沉淀法中，常需要投放還原劑等原料，對含鉻廢水中的重金屬提供還原條件，但與氫氧化鈉相比，若投放氫氧化鈣，盡管能夠增強沉淀作用，但不能完全控制污泥生成量，污泥的存在會導致含鉻廢水整體回收利用價值下降。因此，可從中和劑改進上優選適合的投放原料，便于在還原反應作用下，能夠達到最佳沉淀效果。

2.3 絮凝效果不理想

按照原有還原沉淀法中，為了確保含鉻廢水能夠形成還原沉淀反應，還需要專門投入絮凝劑（PAM），促使含鉻廢水在沉淀池中生成沉淀物。但從實際成果中可發現：絮凝劑的反應時間并不長，在絮凝劑反應不完全的情況下，一般不易產生充足的氫氧化鉻沉淀物，導致含鉻廢水整體濃度遠達不到排放要求。因此，還可從沉淀池中的絮凝反應上做出改造，保證改進后的含鉻廢水處理工藝具備推廣價值。

2.4 沉淀作用不達標

還原沉淀法是經過對含鉻廢水中的游離鉻進行還原處理，使之形成沉淀物，繼而在過濾后促使含鉻廢水中的含鉻濃度得以下降。然而，從當前采用的含鉻廢水處理工藝中，可發現其沉淀技術尚未達到合乎規定的廢水排放要求，導致含鉻廢水在沉淀前依舊不能實現完全沉淀，其中含鉻廢水中若鉻離子還原產物較少，將無法確保含鉻濃度控制在安全范圍內。所以，需借助全新的沉淀技術，既要及時處理未沉淀物質，又要促使污泥得到相應凈化。

3 冶金工業含鉻廢水處理工藝優化及改造應用路徑

3.1 完善自控投料系統

在冶金工業中對于含鉻廢水處理工藝的改造，可針對原有投料系統加以完善，以往多依靠經驗法控制中和劑、還原劑等輔助試劑投放量，造成含鉻廢水無法實現真正的完全反應。因此，可進一步應用自動控制技術，對原有系統功能進行優化，使其形成自控投料價值，以免因投放量問題，導致含鉻廢水處理效果達不到預期標準。若以氧化還原電位作為自變量，鉻離子濃度作為因變量，在改變氧化還原電位條件時，產生的鉻離子去除率結果也會有所差異。氧化還原電位與含鉻廢水酸堿度往往成反相關關系，隨著氧化還原電位的上升，其PH 值逐漸降低，而酸堿度的變化也會對鉻離子去除率產生一定影響。據相關研究結果，酸性溶液的去除率可達到99.52%，隨著PH 值的增加，其去除率明顯出現下降情況。此時，可通過對其展開研究，實現含鉻廢水酸堿度的合理控制，判斷氧化還原電位的最佳值，然后將其輸入自控投料系統的參數設定模塊中，繼而強化鉻離子去除效果。經過多次測定，在350mg/L（A 組）、500mg/L（B 組）的進水濃度下，其“Cr6+”濃度測量結果分布如（表1）所示。由此證實若在自控投料系統中將還原氧化電位參數控制在25mV，此時形成的“Cr6+”濃度未超過0.1mg/L，符合工業廢水排放標準。另外，還應當加強系統性能的維護，確保在此系統輔助下，能夠保持良好的鉻離子去除效果。

表1 在不同氧化還原電位條件下的“Cr6+”濃度對比

3.2 合理選用輔助試劑

對于含鉻廢水的處理，可從投放的輔助試劑中進行合理選用。一方面，可對原有投放的中和劑進行改造，以氫氧化鈣單方中和劑為基礎，新增氫氧化鈉中和劑，從而實現含鉻廢水酸堿度的科學調節。另一方面，還可選擇適合的還原劑。經過相關研究，若選擇硫酸亞鐵還原劑，可起到顯著的鉻離子去除作用。從酸堿兩種不同條件下，其還原沉淀法中的化學式表現如下：

①6H++2Cr2O72-+6SO32-=3 S O42-+4Cr3++8H2O 酸性條件；

②4H++H2O+2CrO42-+3SO32-=3SO42-+2Cr（OH）3堿性條件；

其中堿性條件下將生成氫氧化鉻沉淀物，并且能夠經過過濾沉淀后快速將“Cr6+”還原為“Cr3+”，經由沉淀后降低鉻離子濃度。

此外，在中和劑改造中，選用兩種堿性物質作為中和劑，有利于控制鉻泥產量。尤其是適當降低氫氧化鈣的占比率，可減小鉻泥自身體積，即Cr6++Ca（OH）2=Cr（OH）3+Ca2+。綜合鉻泥體積與鉻離子濃度排放標準，最終可將氫氧化鈣與氫氧化鈉的具體比值保持在2∶5，這樣才能促使改造后的廢水處理工藝具備突出的鉻離子去除作用。基于此，在應用還原沉淀法處理含鉻廢水時，可合理增加氫氧化鈉的投放量，并投入硫酸亞鐵還原劑，以此保證整個含鉻廢水的總鉻濃度實現穩定降低。

3.3 優化工藝絮凝條件

關于絮凝劑的投放也是影響鉻離子去除率的主要因素。因此，在工藝改造中，還應當針對絮凝條件予以優化。由于尚未改造前的絮凝劑未能實現完全反應，此時可對沉淀池中的實際攪拌強度、攪拌時間、水動力條件分別提出改進建議，便于優化去鉻效果。

第一，攪拌強度，在具體研究中，為了獲取最佳攪拌強度，可對不同攪拌強度下的鉻離子出水濃度結果進行比對。首先，可將攪拌器中的轉數進行調整，按照每分鐘30 轉到70 轉的范圍改造；其次，將攪拌后的含鉻廢水統一保持半小時的靜止狀態；最后，在其距離底部2cm 部位測量鉻離子濃度。據相關研究，鉻離子濃度（總鉻）在強度增加過程中呈現下降趨勢，從0.12mg/L 逐漸降至0.1mg/L，直到達到每分鐘50 轉后，出現反轉，故而可將沉淀池中絮凝劑的攪拌強度保持在每分鐘50 轉的標準內。

第二，攪拌時間以及水動力條件，參照上述相同要求進行測量。具體的時間范圍可從五分鐘到半小時內分別設定，然后分析是否隨著攪拌時間的延長，引起鉻濃度的降低。經過多組對比實驗，可掌握在投放絮凝劑后，若攪拌時間達到25min，此時將達到最優化鉻離子去除效果。參照水動力絮凝公式：

式中P、n、ρ、l、r1、r2、CD、μ、ω、p 分別指代的是絮凝攪拌機中槳板功率、槳板數量、水密度、長度、內外旋轉半徑、阻力系數、轉角、流體功率、水動力黏度。代入相關數據可計算出具體參數。

3.4 引進鉻泥回流技術

含鉻廢水的優化處理，還可引進鉻泥回流技術，它是通過原水回流的形式，強化水凈化效果，在原水回流過程中，能夠針對沉淀后的含鉻廢水中的鉻泥物質進行二次凈化，以免形成污染物，破壞廢水處理工藝的實踐性。此外，經由此項技術需科學設計回流比，進而實現絮凝劑的完全反應。

4 冶金工業含鉻廢水處理工藝優化成果

4.1 降低鉻泥產量

在冶金工業中針對含鉻廢水應用改造后的還原沉淀法處理廢水，可有效降低鉻泥產量。尤其在鉻泥回流技術的輔助下，可進一步去除污泥量。經過對改造前后含鉻廢水濃度、鉻泥產量等指標長達一個月的監測記錄，改造后確實優化了廢水處理效果，具體細節如（表2）所示。在整個廢水處理過程中，經檢測進水“Cr6+”濃度為350mg/L 到1000mg/L 范圍內，分別采用改造前后的還原沉淀法，可發現：改造后的還原沉淀法，不但降低了原有的總鉻濃度、“Cr6+”濃度，而且還減少了鉻泥產量。因此，經過對比驗證了改造后含鉻廢水處理工藝的實踐作用。

表2 改造前后含鉻廢水的總鉻與“Cr6+”濃度、鉻泥產量指標對比

4.2 節省工藝費用

在比較改造前后含鉻廢水處理工藝的費用情況時，由于可選擇的還原劑類別繁多。此次對比暫不考慮不同還原劑下的費用問題。主要以單方中和劑與聯用中和劑兩種形式為主。其中在尚未改造前具體以氫氧化鈣中和劑為首選，改造后則以“氫氧化鈉+氫氧化鈣”為基礎，具體費用信息如（表3）所示，從中知曉，在選用同一種還原劑的情況下，若聯合兩種中和劑，可更加精準的把控投放量，在處理鉻泥期間，也能適當節省成本，共計1491 元中和劑費用。隨著鉻泥產量的降低，所消耗的脫水成本等額外成本也將得到適當的降低。所以，整體費用上，改造后更少。綜合上述月鉻泥產量，若1t 需要消耗1100 元鉻泥處理成本，改造前后的整體費用能夠節省10071 元，即（15-7.2）×1100=8580 元，再加上中和劑節省的1491 元，能夠為冶金工業企業節省較多的含鉻廢水處理費用。

表3 改造前后消耗費用情況對比

5 結論

綜上所述，在冶金工業含鉻廢水處理過程中，若能針對原有化學法中還原沉淀法實施改造，有利于優化處理效果。據此，應從自控投料系統、還原劑、絮凝條件、鉻泥回流技術等方面著手，促使改造后的還原沉淀法，能為冶金工業企業綜合效益的提高、鉻泥產量的合理控制產生積極影響，便于改善含鉻廢水處理現狀，使其發揮出顯著的含鉻廢水處理作用，實現冶金產業的長遠發展目標。