含活性硫基团反应剂在污水预处理系统中的应用研究

唐 剑

(湖南水口山有色金属集团有限公司第八冶炼厂，湖南常宁 421513)

研究与开发

含活性硫基团反应剂在污水预处理系统中的应用研究

唐 剑

(湖南水口山有色金属集团有限公司第八冶炼厂，湖南常宁 421513)

介绍了在硫酸污水处理系统中用含活性硫基团的反应剂取代石灰实现降低渣量的原理和方法，并对此进行了实验研究。结果表明:采用此方法可以使污水处理渣量减少70%以上，综合处理成本降低41.6%。以90 m3/d的污水处理量为例，采用含活性硫基团的反应剂处理后渣量可减少8 179 t/a，节约运行成本371万元/a。该方法技术可行，能够实现减渣及降低运行成本的预期目标，可减轻企业环保运行的经济压力。

硫酸污水 活性硫基团 反应剂 中和 络合 降渣

湖南某冶炼厂100 kt/a硫酸系统配套了400 m3/d的污水预处理系统，该系统采用石灰中和法，产生的固体废渣量大且难以资源化利用，综合处理成本高。针对此状况，采购高质量精石灰、用部分液碱取代精石灰作为中和剂的方案，效果都不理想。首先石灰采购质量把关难以执行到位，其次，处理后水中砷指标达不到电化学深度处理的进水要求。2014年底，该厂和某环保公司合作，对硫酸污水预处理进行现场小试试验，用含活性硫基团的反应剂代替精石灰进行污水处理研究，为工程化实施提供设计依据。

1 试验原理

含活性硫基团的反应剂与硫酸污水中常见重金属污染物发生吸附络合反应，最终生成沉淀物而实现去除有害污染的目的。反应剂中带有特殊的含S阴离子官能团，其双键原子上的电子流动性较大，具有较强的给电子效应，从而使得单键S原子可在较大范围内呈现负电场，能与废水中的污染物形成稳定且有疏水性的络合物。

在作用机理上，主要通过产生络合、吸附、共沉淀三个步骤来实现污染物的去除。反应剂中部分催化基团使得活性基与重金属污染物产生质子化表面络合物，形成复齿多核的沉淀晶核；高比表面积的微小络合物通过内层吸附的方式进行结合生长；增长的絮体形成大量羟基或者带电荷的活性基团，产生共沉淀的作用使得废水中离子态的污染物共沉淀去除[1]。

2 试验原料

硫酸污水：w(H2SO4)为4.6%，ρ(As)为8 138.1 mg/L，ρ(Pb)为12.08 mg/L，ρ(Cd)为241.49 mg/L；25 kg袋装精石灰，其中有效氧化钙质量分数为70%；含活性硫基团的反应剂，其中有效质量分数为57%；氢氧化钠中和调节剂，分析纯AR级。

3 试验内容

3.1 石灰中和验证试验

在1 L硫酸污水中不断加入精石灰，调节水样pH值与现有处理系统的一致，试验终点水样pH值为11.2，石灰加入量94.25 g。固液分离后取清液进行检测，结果为ρ(As) 0.7 mg/L，ρ(Pb)1.41 mg/L，ρ(Cd)为0.17 mg/L，三项指标达到电化学深度处理的进水要求[ρ(As)≤5 mg/L，ρ(Pb)≤20 mg/L，ρ(Cd)≤ 3mg/L，pH值 10～12]。

将反应完全的悬浊液利用真空抽滤机进行抽滤分离，产生的湿渣先进行称重，再将其烘干称重，结果为湿渣质量422.1 g，干渣质量194.5 g。

根据反应原理，石灰中和法对废水进行处理，其主要发生的反应为石灰与硫酸的中和反应以及石灰与As的沉淀反应。

中和反应：

Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4↓+2H2O

与As的沉淀反应：

3Ca2++2AsO33-→Ca3(AsO3)2↓

3Ca2++2AsO43-→Ca3(AsO4)2↓

依据本次现场试验情况进行理论计算，固渣组分及产生量为：① 不溶性固渣：加药量×组分浓度=94.25×30%=28.275 g；② 砷渣：根据检测指标，As反应完全消耗的石灰为9.115 g，产生砷渣为19.858 g；③ 石膏渣：与As反应完全的石灰与硫酸进行中和，反应石灰量为94.25-28.275-9.115=56.86 g，产生的中和渣为138.089 g；④ 总干渣量=28.275+19.858+138.089=186.222 g；⑤ 含水率为(422.1-194.5)÷422.1=53.921%；⑥ 理论湿渣量为186.222÷(1-53.921%)=404.136 g。

3.2 含活性硫基团反应剂取代石灰验证试验

在1 L硫酸污水中不断加入含活性硫基团反应剂，对废水中的As及重金属污染物进行去除，反应完全后进行固液分离。分离后清液调节控制反应碱性环境与现有电化学深度处理系统的一致，pH值为10～12，并取清液进行检测。试验结果为：投加含活性硫基团的反应剂试验终点水样pH值为2.46，含活性硫基团的反应剂加入量53.93 g；中和调节后试验终点水样pH值为9.76，氢氧化钠加入量3.3 g；取清液进行指标检测ρ(As)为2.34 mg/L，ρ(Pb)为0.67 mg/L，ρ(Cd)为0.18 mg/L，三项指标达到电化学深度处理的进水要求。将反应完全产生的湿渣进行称重，然后再烘干进行称重，结果为湿渣质量为173.64 g，干渣质量为56.8 g。

根据络合反应原理，对于酸性废水中的高浓度As化合物，含S基团的络合反应剂可以表示为“R-S”，其主要反应为：

3R-S+2AsO33-→As2S3↓+3R-O22-

依据本次现场试验情况进行理论计算，固渣组分及产生量为：① 不溶性固渣(加药量×组分浓度)：53.93×(1-57%)=23.190 g；② 含砷渣：按照As浓度进行换算，产生含砷渣为13.346 g；③ 总干渣量(不溶性固渣+含砷渣)：23.190+13.346=36.536 g；④ 含水率： (173.64-56.8)÷173.64=67.289 %；⑤ 理论湿渣量： 36.536÷(1-67.289%)=111.693 g。

4 试验总结及经济分析

根据上述试验数据及理论核算的结果对比如表1,技术经济对比如表2所示。

表1 试验结果与理论核算对比

表2 技术经济对比

注： 1) 表中试验数据为现场试验及多次小试数据综合总结； 2) 药剂成本根据企业现在采购成本和市场均价确定，根据市场情况可能有一定的波动； 3) 根据水质波动情况，试验值与现场实际情况会有一定的偏差，因此建议对水质进行连续监测，确定平均波动范围； 4) 渣的综合处置成本根据实际工程含水率进行核算； 5) 现场试验采用真空抽滤泵，对渣的抽滤效果不是很好，因此试验含水率仅作参考。

由表1和表2可见:通过技术改进，能够实现对该厂硫酸污水预处理减少渣量及降低综合处理成本的目标。渣量的减少率在70%以上，污水综合处理成本降低124.823元/m3，节约41.6%。按照90 m3/d的污水处理量为例，能够实现渣减少8 179 t/a，节约运行成本371万元/a。

5 结语

本次现场小试充分证明了含活性硫基团的反应剂取代石灰作为中和剂新技术应用于硫酸污水处理的技术可行性和经济优越性，能够实现减渣及降低运行成本的预期目标，推广本技术不仅具有环保意义，且能给企业减轻环保运行经济压力。

[1] 魏海平.金川集团公司含重金属离子硫酸生产废水处理与综合利用研究[D]. 兰州：兰州大学，2008：11.

Study on the application of a reactant agent containing active sulphur functional group in wastewater pretreatment system

TANGJian

(The Eighth Smelter Company,Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Group Co., Ltd., Changning, Hunan, 421513, China)

The principle and methodology of employing a reagent containing active sulphur functional group to take the place of lime in sulphuric acid wastewater treatment system to achieve slag reduction were introduced. The experimental results showed that the new methodology could reduce the amount of slag treatment by more than 70% and save the gross operating cost by 41.6%. Based on the wastewater treatment capacity of 90 m3/d, application of the reactant agent containing active sulphur functional group can reduce the amount of slag by 8 179 t/a and save the operating cost by 3.71 million yuan/a. Application of the new method is technically feasible as it can help to ease the economic pressure to the enterprise to achieve a successful implementation of environmental protection and expected targets via slag reduction and operating cost saving.

sulphuric acid wastewater；active sulphur functional group；reagent； neutralization；chelation；slag reduction

2016-12-08。

唐剑，男，湖南水口山有色金属集团公司第八冶炼厂化学分析工程师，主要从事冶炼烟气制酸、污水废水处理和有色冶金分析技术工作。电话：13875744884；E-mail：dirctj@163.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)03-0026-03