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電鍍廢水一體化處理工藝

雙擊自動滾屏 日期:2009-10-26 瀏覽: 次 來源:四川生態網
 
冷成保  柳小榮  肖波
 
隨著科技的進步和環保技術的快速發展,許多新技術開始應用于環保行業了,其中以鐵/炭內電解反應器為核心的技術在環保工程中應用越來越廣泛。這種一體化處理技術以其獨特的優勢在電鍍廢水處理工程中具有廣泛的應用前景。
1、一體化技術處理混合電鍍廢水工藝機理
破CN-、氧化還原Cr6+為Cr3+等預處理措施是傳統電鍍廢水處理工藝中必須的,因其投資大、技術參數控制程度高、操作復雜等弊端,在工程設計與應用中具有一定的局限性。
相比起來,以為主體技術的工藝則避免了污水的分類收集、預處理等前期工序,廢水可直接混合并進入獨立設置的調節池內,進行水量水質調節,然后通過水力提升至鑄鐵/焦炭內電解反應器內,在一定條件下反應后進入下步工序。由于此類技術不需要對污水進行分類預處理,而是直接混合處理,因此亦名“一體化處理技術”,其典型的反應機理可表示如下:
陽極鑄鐵:
Fe-2e→Fe2+            E0(Fe2+/Fe)=-0.44V             (1)
Cu2++Fe→Fe2++Cu                                   (2)
陰極焦炭:
2H++2e→2[H]→H2↑    E0(H+/H2)=0.00V               (3)
O2+2H2O+4e→2OH-     E0(O2/OH-)=0.41V              (4)
O2+4H++4e→2H2O      E0(O2/H2O)=1.22V              (5)
不斷生成的Fe2+在強氧化劑Cr6+作用下,生成具有良好絮凝作用的Fe3+,同時將Cr6+轉化Cr3+,其反應為:
6Fe2++Cr2O2-7+14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O                 (6)
同時,如果污水中還含有氰化物,則可發生:
CN-+O2→CNO-〔→…→N2〕                          (7)
通過以上一系列無數的內電解反應,污水中的重污染物物質得到了轉化,繼而在后續處理單元中得到更進一步去除。
2、工藝流程及主要設施說明
2.1、工藝流程
采用此技術的工程工藝流程如圖1所示。
 
 
混合廢水經廠區收集管道流至調節池,由耐腐蝕性一級污水泵提升至鑄鐵/焦炭反應器中,在空氣輔助作用下,水中重金屬離子及CN-等在鑄鐵/焦炭表面發生無數內電解反應,通過一系列(1)-(7)式中反應達到轉化目的。出水經過自動控制系統投加堿液調節pH后自流至斜管沉淀池進行泥水分離,清水經過砂濾后即可達標排放或者回用。
斜管沉淀池排放污泥在濃縮池中濃縮后經壓濾機脫水處理,干泥餅中含有大量重金屬,屬于危險廢物,交由專門機構回收處理。
2.2、主要設計參數
2.2.1 混合調節池
用以調節不規律排水,均衡水量水質。設置水力停留時間為8 h,液位控制器控制提升泵運行。
2.2.2 溶氣罐
保證水氣的充分混合,使污水中含有的氧氣分子能在焦炭表面形成內電解環境。溶氣罐設置水力停留時間為3~5 min。
2.2.3 鑄鐵/焦炭反應器
鑄鐵/焦炭反應器為本工藝的核心部件,污水中含有的重金屬與溶解的氧氣分子在其表面發生無數微電解反應〔見上(1)-(7)反應機理〕,良好的反應條件能夠保證污水中的重金屬以及氰化物等高危害污染物轉化為低危害物質,繼而在后續離子固化工序中得以去除。鑄鐵/焦炭反應器水力停留時間為45 min,接觸反應時間為25~30 min。
2.2.4 脫氣池
脫除污水中大量的微小空氣泡,避免帶入反應池中被投加藥劑包裹形成絮凝體而使絮凝體變輕上浮。水力停留時間為15 min,設置機械攪拌加快脫氣。
2.2.5 反應池
分為二級反應,前段通過pH計自動控制系統投加氫氧化鈉溶液調節pH值,重金屬得以固化,后段投加PAM絮凝劑加速絮凝體的沉淀。兩級反應時間均為15 min。
此外,相對于其它工藝,鑄鐵/焦炭反應器本身生成的Fe3+具有良好絮凝作用,在控制pH為7-10的情況下,生成的絮凝體大而穩定,易于沉淀。
2.2.6 斜管沉淀池
用以實現反應池出水中的泥水分離。表面負荷取1.0 m3/(m2.h)。
2.2.7 砂濾池
沉淀池出水中一般都含有微小的懸浮物質,這些通過機械作用強制固化的重金屬物質可能會重新溶出而造成出水中重金屬物質的超標,在沉淀池后設置砂濾池可以有效的將微小的懸浮物質除去。砂濾池設計流速以不超過1.0 m/h為佳。
2.2.8 清水回用池
暫存清水,提供砂濾池的反沖洗用水或者回用水。
3、結果與體會
3.1、影響水質因素
3.1.1 鑄鐵/焦炭反應器對系統的影響
鑄鐵/焦炭反應器是本技術的關鍵處理設施,其主要參數的設計直接決定著系統出水效果的好壞。在水質一定的情況下,鑄鐵和焦炭的質量比、安裝方式、焦炭粒徑大小以及接觸反應時間是關鍵設計參數。
在進水pH值為1~3的條件下,采用的鑄鐵:焦炭質量比約為1~1.5:1,分層安裝,鑄鐵粒徑細小(ф=5~15 mm),焦炭以細薄塊狀最好;整個反應器接觸時間為20~30 min,提供空氣量為0.1~0.13 m3/min時,水樣分析表明,在此條件下,污水中含有的高危險物質Cr6+及CN-等能夠良好的轉化為低危險、易除去的Cr3+及CNO-等。
3.1.2 水中空氣的影響
一體化處理池中出水含有大量的空氣,在進行加藥前必須盡量脫除。本工程設計之初由于沒有充分考慮好脫氣問題,在斜管沉淀池中經常發生污泥上浮現象,原因即為水中含有的空氣在沒有完全脫除之前已經被投加堿及PAM包裹在絮凝體內,造成污泥密度變小而上浮。脫氣池設置較大的表面積及增加攪拌有利于快速脫氣。
3.1.3 pH值的影響
重金屬沉淀對pH要求較高,所以采用pH自動控制器來投加NaOH量。
3.1.4 砂濾流速影響
砂濾池主要將出水中可能含有的微小懸浮物除去,避免固化重金屬重新溶解到清水中,過高的濾速不利于濾除微小的懸浮物。
3.2、工程投資與運行費用
以內電解技術為主體的污水處理工藝無論是倫理上還是工程應用上已經日漸成熟,尤其是此類技術為核心的一體化處理工藝應用于電鍍廢水處理工程更有著傳統工藝無法比擬的優越性。一體化技術處理電鍍廢水不需鋪設多種管路,避免了因分類收集作預處理帶來的管路復雜、設備多、加藥量大、控制要求高等弊端,因此工程投資費用省、運行費用低(表1)。
表1  工程主要經濟指標
序號
總投資(萬元)
運行成本(元/噸水)
1
土建投資
設備投資
其它
藥劑費
人工費
水電費
2
13.3
41.9
6.8
0.63
0.22
0.36
合計
62
1.21
3.3、反應器更換填料對系統的影響
反應器中鑄鐵是一直處于消耗狀態的,當其含量下降到一定程度時,反應器處理效果變差,甚至出水不能達標,此時需要及時補充鑄鐵,可能對系統連續運行產生影響。因此,在反應器結構設計時必須考慮到此種情況的發生,可以通過設置多個獨立并聯的處理單元,或者在工廠停產檢修時進行。
3.4、結果
實例工程于2004年1月開工,2004年4月竣工并調試,2004年5月通過當地環保部門監測驗收。部分監測結果如表2所示。
表2 水質監測結果            mg/L(pH除外)
項 目
pH
SS
COD
總銅
總鎳
總鋅
Cr 6+
石油類
原 水
2.4
84.6
220.3
14.9
15.7
3.1
0.34
19.8
出 水
6.8
14
66.7
0.24
0.21
0.13
0.002(Y)
0.2(Y)
去除率
/
83.5%
69.7%
98.4%
98.7%
95.8%
99.4%
99.0%
排放標準
6~9
≤70
≤90
≤0.5
≤1.0
≤2.0
≤0.5
≤5.0
監測結果顯示,本工藝對重金屬的去除率均在95 %以上,出水明顯優于排放標準。
4、結論
4.1、本工程實例顯示,一體化污水處理技術應用于電鍍混合廢水處理工程不僅投資省、運行費用低,而且操作簡便、處理效果高效穩定。
4.2、本工程出水中Cr6+、總銅、總鎳和總鋅分別為0.002(Y)mg/L、0.24 mg/L、0.21 mg/L和0.13 mg/L,去除率高達99.4 %、98.4 %、98.7 %和95.8 %,出水水質穩定達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)中的一級標準,部分出水回用。
 
(信息來源:廣州綠豐環保)
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