冶金工业中废水处理工艺及改造研究

2021-01-10王睿

山西化工 2020年6期

王睿

(太原重工股份有限公司安全环保部，山西太原 030024)

引言

冶金工业生产中的很多环节都会产生工业废水，比如基础设备检修中的油污染、地面冲刷时产生的废水，更重要的是来自于一些原料中的重金属元素污染[1-2]。冶金工业废水如果不加以有效处理，直接排放到环境中必然会对环境造成严重的污染，还可能引起生物中毒现象，威胁生态平衡[3-4]。企业生产时产生的工业废水内部包含有大量重金属铬元素[5]。以往主要采用还原沉淀法对工业废水进行处理，但随着国家对环境保护要求的不断提高，传统的处理方法已经无法满足需要，需要对其进行优化改进[6]。本文主要针对冶金工业中的废水处理工艺进行优化改造，确保处理结果达到了环保要求。

1 传统冶金工业废水处理工艺概述

本文所述企业设计的冶金工业废水处理能力为20 m3/h。车间生产时产生的废水通过管道运送到调节池中，然后利用泵将其输送至还原池内。为了确保还原效果，设计的还原池分成两级。还原前首先需要对工业废水pH值进行调整，主要是往废水中添加硫酸，确保废水的pH值在2.6～3，为还原反应创造良好的化学环境。然后添加Na2S2O5还原剂将铬元素还原成为铬离子。还原反应完成后，工业废水流到中和池中，同样分为两级。向中和池中添加Ca(OH)2与铬离子发生化学反应，可以获得Cr(OH)3沉淀物。通过上述连续的化学反应，可以将工业废水中的铬元素进行清除，然后进行泥水分离，就可以确保冶金工业废水达到排放标准。

采用上述还原沉淀法对冶金工业废水进行处理时，虽然能够显著降低工业废水中的铬元素含量。但随着工业排放标准的不断提升，上述工艺已经无法满足现实需要，主要是无法将工业废水内铬元素的含量稳定的控制在排放标准以下。另一方面，从上述的还原沉淀法工艺流程可以看出，整个处理过程中需要消耗大量的硫酸、Na2S2O5、Cr(OH)3等化学物质。这种处理方式本身就不是非常环保，且会显著提升企业的废水处理成本，经济效益一般。

2 传统冶金工业废水处理工艺缺陷分析

针对传统废水处理工艺中铬元素含量无法达到排放标准的问题，对其处理工艺过程进行了详细分析，发现存在的问题主要包含以下几点：第一，对还原反应标准设定过于严格，导致向还原池内添加了过多的Na2S2O5还原剂。另外，整个还原控制系统对于还原剂的添加并没有实现闭环控制，而是通过人工方式向还原池内添加还原剂。不仅会产生一定的误差，且添加时间存在延迟，无法保障精度；第二，传统的废水处理工艺中中和剂采用的是Ca(OH)2，虽可很好的与铬离子发生反应生成沉淀物。但整个过程会产生大量的泥且内部包含有很多Ca元素，对于铬元素的再利用不利；第三，为了确保泥水分离效果，需要在沉淀池中加入PAM，作用是在沉淀池内形成较大的絮体并逐渐长大，最终进行沉淀。在传统的处理工艺中PAM主要是在沉淀池前端管道中添加，这种添加方式导致PAM与工业废水的反应时间相对较短，无法进行彻底反应，会在一定程度上影响沉淀效果。上述这些缺陷问题的存在，导致排放的工业废水中铬元素的含量无法稳定的控制在低水平。因此，需要采取有效措施对其进行优化改造。

3 冶金工业废水处理工艺优化改进

根据传统冶金工业废水处理工艺在实践中暴露出的问题，需要采取针对性的措施进行优化改进，才能够保证废水处理效果，防止工业废水对环境造成污染。以下从三个方面对废水处理工艺进行优化改进。

3.1 还原反应标准及控制系统优化

在对冶金工业废水进行还原时，还原剂的投放量是按照氧化还原电位值作为标准的。在传统的废水处理工艺中，两级还原池内设定的氧化还原电位值分别为-250 mV和-180 mV。氧化还原电位值标准设定得越低，意味着需要投放更多的还原剂。由于本工艺中采用了两级还原池，在第一级还原池中还原反应已经基本完成，在第二级还原池中的还原反应相对较少。但该工艺中仍然将氧化还原电位值标准设置为-180 mV，标准过于严苛。为了确定最优的标准值，进行了相关的实验，结果如图1所示。

图1 氧化还原电位值标准对铬元素浓度的影响

由图1可知，不管进水中铬元素浓度为多少，随氧化还原电位值的不断降低，出水中铬元素浓度随之不断降低。主要原因在于标准值设置得越低，需要向还原池中投入更多的还原剂，还原过程更加彻底，出水中铬元素浓度自然降低。从图中还可以看出，随着氧化还原电位值的降低，出水中铬元素浓度并非无限降低，而是降低到一定程度后基本保持稳定。结合实验结果，最终将二级还原池中的氧化还原电位值标准设置为25 mV。

另外，将还原剂控制系统从开环控制设置为闭环控制，此时系统可以自动的根据检测结果添加还原剂的剂量，以此保证添加剂量的精确性和及时性。

3.2 中和剂成分优化

将Ca(OH)2作为中和剂时导致沉淀得到的铬泥中包含有大量的钙元素，影响了铬元素的再利用。结合相关实验和实践经验，决定将Ca(OH)2和NaOH的混合物作为中和剂，此举不仅能够保证铬离子沉淀，还可以显著降低铬泥中钙元素的含量。两种化合物之间的比例必然会对出水中铬元素含量产生影响，本研究进行了相关的实验工作，以确定最优的比例。结果发现，当Ca(OH)2和NaOH两者之间的比例分别为0.8、0.6、0.4和0.2时，出水中铬元素的含量大小分别为0.071、0.082、0.102、0.113 mg/L，对应的污泥体积分别为264、214、179、139 mL。结合冶金工业相关排放标准，最终将两种化合物之间的比例确定为0.6。

3.3 PAM投放位置的优化

传统冶金工业废水处理工艺中，PAM是在沉淀池前端管道中进行添加。由于管道长度相对较短，导致药剂无法与工业废水内部物质发生充分反应，无法形成有效的絮体，最终影响沉淀效果。基于以上事实，可以将PAM药剂的投放位置适当提前。结合实际情况，最终决定将PAM药剂的投放位置设置在二级中合池前，确保PAM药剂在工业废水内部有充分的时间发生反应，提升沉淀效果。

4 工艺优化改进的应用效果分析

综上所述，冶金工业废水处理改造方案，在工程实践中进行应用，对其应用效果进行了连续一个月时间的测试。记录每天进水中铬元素含量和出水中铬元素含量，最终的检测结果如图2所示。从图2中可以看出，在测试阶段进水中铬元素的含量维持在400 mg/L～1 000 mg/L内。经过优化改进后的废水处理工艺进行处理后，出水中的铬元素含量降低到了0.03 mg/L～0.07 mg/L内。完全能够满足冶金工业废水排放标准。

图2 冶金工业废水处理工艺改造效果分析图

另一方面，经过初步统计，对冶金工业废水处理工艺进行优化改进前，每月平均产生的铬泥约为15 t，而对工艺进行优化改进后，对应的每月铬泥产量约为7.3 t。铬泥产量的降低得益于还原剂和中和剂投入量的减少。通过对工业废水处理工艺的优化改进，不仅降低了出水中铬元素含量，使之达到工业排放标准。同时还显著降低了化学剂的使用量，减小了企业的生产成本。产生了良好的经济效益和社会效益。