二段鐵鹽-石灰法+生物接觸氧化工藝處理金屬再生廢水

岳佳妮，向元英

（1.沈陽環境科學研究院，沈陽 110167；2.四川省工程咨詢研究院，成都 610016）

隨著我國國民經濟的快速發展，資源短缺問題日益突出。我國礦產資源人均占有量低，而且大型礦床少、富礦少、資源開發難度大、成本高[1]，因此發展再生金屬產業能夠有效緩解我國金屬資源短缺的矛盾。目前，我國金屬再生產業經過多年發展，已經形成了較為完整的回收、拆解、生產、加工體系，產量產值持續擴大。2020 年我國再生有色金屬產量達到1450 萬t，實現直接工業產值約3750 億元，較2016 年增長13%[2]。

隨著我國生態文明建設的不斷推進，國家對金屬再生企業的規范管理和環境監管日益嚴格，金屬再生過程中產生的廢水必須進行有效治理。本項目依據稀有金屬再生廢水的特點選取相應的處理工藝，實現了廢水的穩定達標排放，能夠為同類型廢水處理工程的設計和運行提供參考。

1 工程概況

某金屬回收企業主要從事鍺、鎵、銦等稀有金屬的回收加工，稀有金屬主要來自廢棄電器、電子產品的拆解。該企業核準處理的廢棄電器、電子產品包括電視機、冰箱、空調、洗衣機和液晶顯示屏等。

該企業產生的廢水主要包括拆解、深加工等處理環節中產生的生產廢水，廢氣處理設備產生的吸收水，場地、設備沖洗水和生活廢水。生產廢水、廢氣吸收水和沖洗廢水的產生量共計41m3/d，生活廢水的產生量為10m3/d。廢水經過處理達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準后排放至當地污水處理廠，具體設計進出水水質見表1。

2 工程方案

2.1 工藝選擇

化學沉淀法具有工藝簡單、投資較少的特點，是重金屬廢水處理最常用的方法[3]。該方法是向廢水中投加某種化學物質，使其與廢水中的重金屬離子發生反應，生成難溶鹽沉淀，以實現降低廢水中重金屬污染物的目的。根據使用的沉淀劑的不同，化學沉淀法可以分為石灰法、高密度泥漿法、硫化法和鐵鹽—石灰法。

石灰法可用于去除廢水中的銅、鋅、鉛、鎘等，但是本工程廢水中含有砷化物，常溫下砷酸鈣、偏亞砷酸鈣和焦亞砷酸鈣的溶解度理論上不能達到排放標準。鐵鹽與砷生成的砷酸鐵溶度積較小，穩定性優于砷酸鈣等[4]，同時鐵鹽可以作為共沉劑提高廢水中鎘的去除率，因此生產過程中產生的重金屬廢水采用鐵鹽—石灰法進行二段處理。

生活廢水主要包括沖廁用水、餐廚用水等，不含塑料制品等較大的漂浮物，因此本工程僅設置細格柵進行過濾。生活廢水可生化性好，但水質、水量波動較大。生物接觸氧化法與傳統活性污泥法相比，系統耐沖擊負荷強、處理效率高、剩余污泥產量少[5]，因此生化處理單元選用缺氧+好氧生物接觸氧化為主體工藝的組合流程。

廢水處理工藝流程圖

生活廢水中懸浮物和油類物質含量較高，為避免對生化處理單元造成影響，同時考慮到生物除磷的局限性，需在生化處理單元之前對廢水進行混凝沉淀。常用的絮凝劑包括鋁鹽和鐵鹽，鋁系絮凝劑與鐵系絮凝劑相比，對金屬、混凝土和塑料的腐蝕性低，對出水色度影響小[6]。混凝沉淀單元采用聚合氯化鋁（PAC）作為絮凝劑，助凝劑選用最為常用的聚丙烯酰胺（PAM）。

2.2 工藝流程

生產車間廢水和生活廢水進行分類收集、分質處理。含重金屬的生產廢水采用化學沉淀法進行預處理后，與生活廢水混合進行二級處理。化學污泥和剩余污泥經脫水后，委托具有相關資質的單位外運處理。污水處理站工藝流程見上圖。

2.3 主要設備及構筑物

2.3.1 集水池及調節池

新建集水池1 座，用于暫時存儲酸性生產廢水。集水池為鋼砼結構，內襯環氧玻璃鋼，有效容積為20m3，水力停留時間為8h。

新建調節池1 座，用于均衡廢水的水質水量。調節池為鋼砼結構，內襯環氧玻璃鋼，有效容積為20m3，水力停留時間為8h。調節池內設計安裝空氣攪拌裝置1 套，用于防止廢水中的懸浮物沉積；提升泵2 臺，1 用1 備，單臺提升泵流量為3.5m3/h，揚程11m。

2.3.2 一級反應槽及沉淀槽

一級反應槽通過投加石灰乳和亞鐵鹽使重金屬離子生成沉淀，同時投加助凝劑PAM 強化共沉淀效應，提高沉淀效果。一級沉淀槽用于泥水分離，從而使重金屬離子從廢水中去除。反應槽和沉淀槽均為碳鋼材質（Q235-A），外壁二度防銹漆、二度面漆。反應槽內襯環氧玻璃鋼，沉淀槽內襯環氧煤瀝青。

一級反應槽尺寸（L×B×H）為2.0m×1.5m×3.2m，設計水力停留時間為1h。反應槽分為三段，第一段用于調節pH 值，第二段用于絮凝，第三段用于助凝。反應槽第一段設計安裝工業在線pH 計1 臺，每段設計安裝攪拌器1 臺，攪拌器功率為0.55kW。

一級沉淀槽尺寸（L×B×H）為2.0m×2.0m×3.2m，設計水力停留時間為2.5h。沉淀槽內設計安裝斜管填料4m3，填料為聚丙烯（PP）材質，設計表面負荷為0.65m3/（m2·h）。

2.3.3 二級反應槽及沉淀槽

二級反應槽及沉淀槽用于進一步去除廢水中的鉛、鎘、銅、砷等重金屬離子，材質、尺寸及設備等與一級反應槽及沉淀槽相同。

2.3.4 中和池

新建中和池1 座，碳鋼材質（Q235-A），內襯環氧玻璃鋼，用于將廢水pH 值調節至中性。中和池尺寸（L×B×H）為1.6m×0.8m×2.0m，設計停留時間為0.8h。配套安裝工業在線pH 計1 套，硫酸自動加藥裝置1 套。

2.3.5 格柵井及綜合廢水調節池

新建格柵井1 座，用于攔截進水中的漂浮物，避免堵塞水泵、管道等。格柵井為磚砌結構，尺寸（L×B×H）為1.6m×1.0m×0.6m，設計安裝轉鼓式格柵1 套，格柵間隙為2.0mm。

新建綜合廢水調節池1 座，鋼砼結構，用于收集廢水并均質均量，污水處理站發生事故或檢修期間可作為臨時事故池。調節池有效容積為50m3，設計水力停留時間為24h。調節池內設計安裝提升泵2 臺，1 用1 備，單臺提升泵流量為3.2m3/h，揚程為20m。

2.3.6 混凝沉淀池

新建混凝沉淀池1 座，碳鋼材質（Q235-A），內襯聚酯玻璃鋼，用于去除廢水中的懸浮物、動植物油、總磷等污染物。混凝沉淀池尺寸（L×B×H）為3.5m×2.0m×3.8m，有效容積為2.6m3。

混凝沉淀池分為混合池、反應池和沉淀池三段；設計混合時間為30s，絮凝反應時間為5min，沉淀時間為1.0h。混合池設計安裝工業在線pH 計1 套，攪拌器1 臺；反應池設計安裝攪拌器1 臺；沉淀池設計安裝PP 材質斜板填料4m3。

2.3.7 缺氧池

新建缺氧池1 座，鋼砼結構，用于去除廢水中的CODCr、總氮等污染物。缺氧池尺寸（L×B×H）為2.0m×1.5m×3.0m，有效容積為7.5m3，設計水力停留時間為3.4h。缺氧池內安裝彈性組合填料5.5m3；配套潛水攪拌器1 臺，功率為0.55kW。

2.3.8 好氧池

新建好氧池1 座，鋼砼結構，用于去除廢水中的CODCr、氨氮等污染物。好氧池尺寸（L×B×H）為4.0m×1.5m×3.0m，有效容積為15m3，設計水力停留時間為6.8h。池內安裝彈性組合填料10.5m3；配套離心鼓風機2 臺，1 用1 備，單臺風量為4.4m3/min，風壓為0.029 MPa，配套電機功率為5.5kW。

2.3.9 二沉池

新建二沉池1 座，碳鋼材質（Q235-A），內襯聚酯玻璃鋼，用于泥水分離。二沉池尺寸（L×B×H）為1.5m×3.0m×3.0m，有效容積為9.0m3，設計水力停留時間為2h。池內安裝斜管填料5m3；污泥回流泵2 臺，1 用1 備，單臺回流泵流量為3.0m3/h，揚程7m。

2.3.10 消毒池

利用舊有構筑物改造消毒池1 座，鋼砼結構，有效容積為5.5m3。次氯酸鈉（含量10%）采用塑料罐體存儲，機械隔膜式計量泵投加，設計投加量為2mg/L（有效氯）。

2.3.11 污泥濃縮池

新建污泥濃縮池1 座，鋼砼結構，有效容積為20m3，用于儲存濃縮化學污泥和剩余污泥。池底安裝低速攪拌器2 臺，葉輪直徑為1400mm，轉速為52r/min，呈對角布置。

2.3.12 污泥脫水間

新建污泥脫水間1 座，框架結構，占地面積10.88m2。配套污泥螺桿泵1 臺，流量5.0m3/h，揚程60m；板框壓濾機1 臺，過濾容積452L，過濾面積30m2。

3 運行效果

系統經過30d 調試后，各處理單元均能正常運行，出水水質能夠穩定達到或優于《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準。該工程自建成投產以來，一直滿負荷運行。對進出水水質進行監測，監測結果見表2（連續10d 監測結果取平均值）。

表2 實際進出水水質

4 技術經濟指標

本項目設備自動化程度較高，無需專人值守，可由企業水電工兼職管理。污水處理站的運行費用主要包括電費、藥劑費和污泥處置費，其中，電費為2.45 元/m3、藥劑費為0.8 元/m3、污泥處置費為0.65 元/m3，共計3.9 元/m3。以上未考慮折舊費和攤銷費等。

5 結語

針對稀有金屬再生企業的廢水水質特點，采用二段鐵鹽-石灰法+生物接觸氧化工藝進行處理。二段鐵鹽-石灰法能夠同步去除銅、鋅、鉛、砷、鎘等多種重金屬離子，生物接觸氧化工藝具有良好的脫氮除碳效果。污水處理站調試完成后，出水水質能夠穩定達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中一級標準的排放要求。該工藝效果可靠、成本低，用于處理金屬再生廢水切實可行。