商洛炼锌厂污水处理系统的设计及生产实践

聂翠云,王红军

(陕西锌业有限公司商洛炼锌厂,陕西商洛 726007)

商洛炼锌厂污水处理系统的设计及生产实践

聂翠云,王红军

(陕西锌业有限公司商洛炼锌厂,陕西商洛 726007)

介绍商洛炼锌厂10万t/a电锌及配套焙烧烟气制酸项目污水处理系统的设计工艺、主要设备及生产运行的实践情况。本系统自2009年6月与项目建设同时建成,同时投入生产,安全运行至今,未发生重大设备事故和环保事故,可作为项目环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境验收及其污水污染物排放管理的重要依据。

DOL:污水处理;工艺;达标;生产实践

陕西锌业有限公司商洛炼锌厂(以下简称炼锌厂)为符合国家《铅锌行业准入条件》,于2006年开始实施10万t/a电锌及配套焙烧烟气制酸项目建设,为达到铅锌冶炼污染物排放符合国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定,严禁铅锌冶炼厂废水中重金属离子等有害物质超标排放,及国家实施南水北调工程,对丹江上游地区生态建设和环境保护提出的要求,同时建设污水处理系统,2009年6月全部建成投产,污水处理系统作为环境监督管理的窗口发挥了非常重要的作用。

1 设计工艺及污水处理工艺流程

1.1 生产工艺

采用三级中和加两级过滤净化工艺,即含有酸的污水加石灰乳Ca(OH)2进行一级中和,pH值控制在8～9左右,除去酸及大部分As、Hg等重金属,经液固分离后,上清液与湿法炼锌排出的含有重金属的污水混合进行二级中和,pH值控制在10～10.5左右,进行二次液固分离,这时大部分重金属如锌、铜、铅、镉等进入渣中被除去,上清液进行三级中和, pH值控制在11～12,进一步除去废水中残留的少量砷、汞等,然后通过斜板沉淀池、压滤进行液固分离,上清液经沸石过滤器及活性炭过滤器,除去水中的微小悬浮颗粒物、色度,废水进入中间水池,加盐酸或硫酸调节pH值至6～9后进入回用水池。

1.2 工艺流程

工艺流程图如图1所示。

2 主要设备

主要设备列于表1。

图1 污水处理工艺流程图

表1 污水处理系统主要设备清单

3 生产中的主要环节及控制措施

3.1 对pH值的控制

废水中各种重金属离子通过投加Ca(OH)2沉淀处理,其对pH的要求很严格,各种重金属都有一个最佳沉淀效果的pH值,本工艺采用中和沉淀,同时投入少量的NaOH来调节污酸pH值,一则避免Ca(OH)2投加过量,而造成污泥量增大,加重污泥处理设备负荷,二则由于投入少量的NaOH,绝对保证了各种重金属离子的沉淀所要求的pH值,NaOH的投加量由pH自控仪自动控制。

污酸中的As高达2.38 g/L、Hg0.14 g/L,因As、Hg的共同效果最佳pH值为8～9左右,在中和处理污酸中酸的同时去除水中的大部分砷及其它重金属离子。

二级混凝中和对污水中的酸进行二次中和同时去除Pb、Zn、Cd、Cu,该段处理的pH最佳值为10～10.5左右。

由于污水中F高达0.56 g/L,Hg0.14 g/L,氟化物及Hg去除对pH的要求为12,所以设三次混凝沉淀处理。在混凝沉淀段同时能使污水中的SS、COD也得以大部分除去。

3.2 设备配置及工艺描述

3.2.1 一级中和反应槽

本工艺采用投加石灰与铁盐共沉淀法去除砷,同时沉淀去除其它部分重金属离子,pH值控制在8～9,通过浓密池压滤机(3台125 m2)压滤进行液固分离,除去酸和As、Hg及大部分重金属。采用机械格栅可以去除污水中的垃圾杂质,特别是可能引起氧化池堵塞的固体,避免管道、补水装置、接触氧化填料的堵塞,有效确保后续设备的正常运行,有效地降低后续装置工作负荷,改善设备的出水水质。其主要反应如下:

3.2.2 二级反应槽

一级处理后的上清液与与湿法炼锌排出的含有重金属的污水混合进行二级中和,在二级反应槽采用石灰乳中和,pH控制在10～10.5,以除去大部分重金属,为提高混凝效果、防止结垢,反应采用机械搅拌,搅拌器采用碳钢衬胶材质,用摆线针轮减速机。其主要反应如下:

3.2.3 高效浓密机

污酸废水经一级反应槽中和反应后产生的硫酸钙(石膏)及重金属絮状沉淀物由浓密机进行分离处理。浓密机是一种将均匀液固相混合物进行重力沉降分离的设备。主要是利用浓密机中沉淀层的自动检测和电信号转换来控制浓密机底流泵的速度,实现界面相对恒定的一套系统。其原理是利用液体与固体物料(通常称为泥浆)进行重力沉降分离,泥浆是用旋转的刮泥耙向中心收集后由槽底中心的排出口排出槽外。本工艺采用的高效浓密机在原基础上增加造成翻花现象。增设内溢流堰,使物料按规定行程流动,防止了短路现象;将靶齿形由斜线改为曲线型,使沉淀物不仅向心耙,而且还给了一个向中心积压的压力,使之排污泥流浓度高,从而增加了处理能力。

3.2.4 三级反应槽

通过控制pH在11～12,使溶液中的F与微量Hg反应生成氟化物沉淀而进一步除去汞,以提高水质。

3.2.5 高效斜板沉淀池

废水经反应池中和反应后产生的氟化物及其它重金属氢氧化物、SS、COD在这里得到有效沉淀去除,高效斜板沉淀是根据平流池去除分散性颗粒的沉淀原理,在池内增加许多斜管后加大水池过水断面,同时减少水力半径,为此在同样的水平流速时,可以大大降低雷诺数Re,从而减少水的紊动,促进沉淀。另外加设了斜板使颗粒沉淀距离大大缩短,减少沉淀时间,沉淀效率大大提高。高效斜板沉淀池设计表面负荷0.5 m3/m2·h,斜板采用PVC材质。3.2.6 高效沉淀气浮

沉淀气浮的目的是进行深度处理,增设混凝段投加PAC、PAM进一步降低废水中重金属离子和COD、SS等物质含量。

因前级化学沉淀处理过程中,pH值设至碱性,所以在气浮装置前投加H2SO4调整废水pH值至10。H2SO4的投加由pH控制仪控制。

为了提高气浮的处理效果,采用目前先进的沉降气浮,该气浮不但有一般气浮的浮选作用,同时又新增了沉淀的功能,以彻底解决有些重金属离子给加药反应浮选困难的问题,经过加药反应后大部分重金属靠浮选去除,而有些比较重的絮凝物由沉降去除。该气浮加高了设备本体,底部设置了稳流管和专用的排气装置。

气浮是利用释放器产生的微小气泡沾附在污泥颗粒上,使其浮于水面,然后由除沫机将其带走,达到理想的固液分离效果,同时由于充分的空气进入,可进一步彻底氧化剩余有机物。沉降的污泥由专用排泥装置排入污泥浓缩池。

气浮的工作过程:当废水进入气浮池接触室与溶气水稀释器放出微气泡相遇,絮粒与气泡粘附,即在气浮分离室进行渣、水分离,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,流入中间水池。其中部分清水则经回流水泵加压进入压力溶气罐,同时,空气压缩机亦将压缩空气压入压力溶气罐,在溶气罐内形成溶气水,溶气水由溶气罐直接压入溶气释放器,供气浮使用,这一全过程实际上就是固液分离的过程。

3.2.7 沸石过滤器

本工艺是为了防止经化学沉淀,沉降气浮处理后仍有微量的Cd、Zn、As、Pb等重金属泄漏,所以后续处理设备中设置了沸石过滤器,以确保达标排放。沸石过滤器是国内新近开发的一种过滤材料,不但能过滤截留废水悬浮物颗粒而且具有良好的吸附作用,特别是对重金属离子显著的吸附去除作用。

沉降气浮装置出水进入中间水池后由提升泵抽入沸石过滤器,沸石过滤器采用深层技术直接过滤的方式。其滤料沸石是经过人工筛选出来的天然矿石,具有离子交换性和吸附性,比表面积可达500～1 000 m2/kg。沸石首先把废水中的有机物吸附在沸石的外表及内部,对各种重金属离子有一定的吸附作用。

通过沸石过滤层空隙截留水中杂质,使出水水质更为优良。

3.2.8 活性炭吸附器

活性炭吸附器的设置是本工艺的保障措施,过滤器填装优质活性炭,活性炭对砷具有特别优良的吸附性,对污水中的砷、汞具有相当强的吸附作用,并对其它残留的铅、镉等重金属也具有一定的吸附作用,同时活性炭过滤器能吸附去除水中的有机杂质、色度,以确保排放水质中各项重金属指标达标。

3.2.9 变频供水泵

处理后的水由变频供水泵送出用于厂区绿化。供水泵选用两台主泵及一台副泵,水泵选用立式泵,并配变频器以保持供水系统管网恒定在设计压力范围内,使得整个供水系统能够保持高效节能的最佳状态。

3.2.10 PAC、PAM、PFS加药装置

加药采用仿美加药装置,由搅拌箱、溶液箱、搅拌机、加药泵以及辅助水泵、管路、阀门、管计、表计等组成。加药装置内所有设备、电控柜、管道、阀门等全部固定在一个碳钢底盘上。其主要构成如下:

搅拌溶液箱带有搅拌器、电机、必要接管及附件。

搅拌溶液箱本体材质为Q235A防腐。溶药罐设有溢流、排污、进水、出液等接口。包括搅拌器、减速器和电机,搅拌器的叶轮及轴的材质为不锈钢。搅拌器能实现定时开关。

贮液箱带有就地液位计、必要接管及附件。

计量泵采用隔膜式计量泵,它采用了一种特殊而简单的密封方式,因而具有良好的耐腐蚀和无泄漏,可满足强腐蚀性介质的要求。

计量泵进口配PVC材质Y型过滤器,以截留药液中的固体颗粒及残渣,确保计量泵的正常运行及寿命。

4 生产运行情况

综合废水总排放量1 000 m3/d,其中污酸180 m3/d,湿法炼锌240 m3/d,化学水处理站(间断排放)酸碱废水、反冲洗水20 t/h及其它废水。

处理前后污水成分含量见表2、表3。

5 运行过程中的常见问题及对策

运行过程中的常见问题及对策列于表4。

表2 未处理前污水成分

表3 处理后污水成分

表4 运行过程中的常见问题及对策

6 几点体会

1.碱法处理含酸、含重金属废水的基本原理是酸碱中和及生成重金属氢氧化物沉淀,重金属在不同pH值条件下其溶解度不同,因此在生产实践中必须严格控制溶液pH值,以确保重金属的最大去除率。

2.中和剂一般选择石灰,因其来源广泛,价格低廉,但渣量较大,也有采用烧碱的,虽中和反应效率提高,渣量较小,但成本昂贵,且在压滤时对滤布有影响,造成滤布发硬,单耗增大。

7 结 语

采用三级处理及过滤净化工艺,污水处理系统经过两年来的运行,处理量约为1 000 t/d,包括老厂区产生和排放的有害废水,处理后水不但达到国家一级排放标准,而且配套建设循环利用设施,循环水利用率可达90%以上,且安装了在线监测仪,有效保证了全厂污水的达标排放,为企业的发展奠定了基础。

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

聂翠云(1968-),女,工程师,主要从事分析检验、环境监测研究工作。