申请日2015.03.06
公开(公告)日2015.06.03
IPC分类号C02F9/10; C01C1/24; C01D5/00
摘要
本发明涉及一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法，属于工业废水处理领域。包括以下步骤：还原→沉淀→过滤→活性炭吸附→加热浓缩→结晶分离→反渗透脱盐步骤。本发明可以解决沉钒废水的污染问题，而且通过废水的再生资源化利用，节约自来水用水量，减少单位产品的水耗，并通过回收有价值的钒铬固体残渣、铵盐和钠盐回，减少对原料的消耗高浓度钠盐，从而减少五氧化二钒生产原料钠盐的消耗，最终实现废水污染物零排放。
权利要求书
1.一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)还原
在沉钒废水中加入质量百分比浓度为60-80%的硫酸，调节pH值为2-3，经混合均匀后，加入硫化钠还原，将废水中的六价铬还原为三价铬，五价钒离子还原为三价钒离子;所述还原剂的用量为本领域中的常规用量，只要能够使全部或大部分六价铬离子还原为三价铬离子并使五价钒离子还原为三价钒离子即可;
2)沉淀
向步骤1)所述经过还原后的沉钒废水中加入氨水，控制pH值为8-9，使得废水中的大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀，然后分离得到钒铬固体残渣和上清液;钒铬固体残渣用作冶炼铬铁或提取铬的原料;
3)过滤
将步骤2)沉淀分离所得的上清液经麻石池过滤，除去废水中的大颗粒固体悬浮物;所述麻石池过滤的速度可为10m3/h;
4)活性炭吸附
将步骤3)过滤所得的废水经过活性炭吸附，进一步去除残留在废水中的固体悬浮物和重金属，得到净化废水;
5) 加热浓缩
将净化废水在压力为0.08MPa的负压状态下加热到90-95℃，使溶液沸腾，浓缩;得到含部分结晶体的浓缩液;
6) 结晶分离
将所述含部分结晶体的浓缩液导入真空结晶容器中，冷却到温度为62-65℃，控制真空压力为0.025MPa，进行结晶，离心分离得到硫酸钠晶体和一次结晶母液;将一次结晶母液继续冷却,在温度为42-50℃，控制真空压力为0.01MPa，进行第二次结晶，再离心分离得到硫酸铵晶体和二次结晶母液;
7)反渗透脱盐
将二次结晶母液用反渗透膜脱盐得透析液和透析浓缩液，透析液收集到再生水箱作为沉钒的浸提工段用水;反渗透膜脱盐所得的透析浓缩液则排入沉钒的加盐工段盐水池中，作为盐水使用，减少氯化钠加入量。
说明书
一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法
技术领域
本发明属于工业废水处理领域，尤其涉及一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法。
背景技术
五氧化二矾(V205)用途广泛，可以用于制造钒铁合金钢，在合成氨工业中起脱碳、脱硫和催化剂作用，是印染、陶瓷的着色材料，石油化工装置中设备防腐的缓蚀剂，也是制备钒化合物的原料。
传统的五氧化二矾(V205)生产工艺通常包括钒渣钠化焙烧，碱性浸出，酸性铵盐沉钒等步骤。具体来说，一般先将钒渣与钠盐添加剂混合制团焙烧(常用的添加剂可以为食盐、硫酸钠以及碳酸钠中的一种或多种的混合物)，水浸焙烧产物，得到的焙烧产物水浸液经浓缩、过滤、铵盐转化、加酸沉淀后析出多钒酸铵，也称沉钒;多钒酸铵经过滤，滤饼经干燥、脱氨即得粉状五氧化二矾(V205)产品，或将滤饼直接熔化获得片状五氧化二钒产品。上述生产过程中除了钒的可溶性化合物溶解外，钠化焙烧过程中生成的一些可溶性杂质离子，如Fe2+、Fe3+、V5+、Cr6+、Mn2+、Al3+、SiO32-和PO43-等也被溶解，并聚集了浓度较高的Na+、SO42-和有毒重金属离子，必然会产生含钒(如(NH4)2V6O16，NaV03)、铬(Na2Cr2O7)、氨氮等污染物的沉钒废水。特别是沉钒废水中V5+、Cr6+。Cr6+经呼吸道吸人的不溶性铬盐长期停留在肺组织内，是导致肺癌的主要因素之一;V5+可刺激呼吸、消化及神经系统，也可损害皮肤、心脏和肾脏，使皮肤出现炎症并引起变态性疾病。同时钠法焙烧沉钒废水含有高浓度的氨氮，具有消耗水体的溶解氧，加速底泥中营养物质的释放、影响给水水源，增加给水成本、氮化合物对人体和生物有毒害作用、出现水体富营养化等危害。可见沉钒废水对环境及人体的危害极大。
在现有技术中，所述沉钒废水的处理方法包括先将废水置于调节池中进行调节，然后进行还原—中和，将废水中的钒和铬(Cr(OH)3，VO(OH)2)进行沉降，中和后的废水经过浓缩、澄清后，将澄清液送入缓冲罐，然后将经过澄清的废水送入蒸发浓缩处理单元，即将废水加热，使其中的水汽化后从废水中逸出，然后再将水蒸气冷凝。经过此过程，废水中的水被蒸出，并浓缩得到含有硫酸钠和硫酸铵的固体混合物。采用现有技术的沉钒废水的处理方法无法分别将硫酸钠和硫酸铵单独分离出来，且在对硫酸钠和硫酸铵的固体混合物进行后处理过程的环保压力较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有沉钒废水成分复杂、治理难度大、达标排放难、回收利用难等问题，提供一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法，本发明可以解决沉钒废水的污染问题，而且通过废水的再生资源化利用，节约自来水用水量，减少单位产品的水耗，并通过回收有价值的钒铬固体残渣、铵盐和钠盐回，减少对原料的消耗高浓度钠盐，从而减少五氧化二钒生产原料钠盐的消耗，最终实现废水污染物零排放。
本发明一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法，包括以下步骤：
1)还原
在沉钒废水中加入质量百分比浓度为60-80%的硫酸，调节pH值为2-3，经混合均匀后，加入硫化钠还原，将废水中的六价铬还原为三价铬，五价钒离子还原为三价钒离子;所述还原剂的用量为本领域中的常规用量，只要能够使全部或大部分六价铬离子还原为三价铬离子并使五价钒离子还原为三价钒离子即可。
2)沉淀
向步骤1)所述经过还原后的沉钒废水中加入氨水，控制pH值为8-9，使得废水中的大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀，然后分离得到钒铬固体残渣和上清液;钒铬固体残渣用作冶炼铬铁或提取铬的原料。
3)过滤
将步骤2)沉淀分离所得的上清液经麻石池过滤，除去废水中的大颗粒固体悬浮物;所述麻石池过滤的速度可为10m3/h。
4)活性炭吸附
将步骤3)过滤所得的废水经过活性炭吸附，进一步去除残留在废水中的固体悬浮物和重金属，得到净化废水。
5) 加热浓缩
将净化废水在压力为0.08MPa的负压状态下加热到90-95℃，使溶液沸腾，浓缩;得到含部分结晶体的浓缩液。
6) 结晶分离
将所述含部分结晶体的浓缩液导入真空结晶容器中，冷却到温度为62-65℃，控制真空压力为0.025MPa，进行结晶，离心分离得到硫酸钠晶体和一次结晶母液;将一次结晶母液继续冷却,在温度为42-50℃，控制真空压力为0.01MPa，进行第二次结晶，再离心分离得到硫酸铵晶体和二次结晶母液。
7)反渗透脱盐
将二次结晶母液用反渗透膜脱盐得透析液和透析浓缩液，透析液收集到再生水箱作为沉钒的浸提工段用水;反渗透膜脱盐所得的透析浓缩液则排入沉钒的加盐工段盐水池中，作为盐水使用，减少氯化钠加入量。
本发明的有益效果在于：是将沉钒废水进行深度处理，在处理沉钒废水的同时充分利用废水中高浓度的钠盐，使得废水再生循环利用的方法。该发明使用方法简单易用、对设备要求低、操作方便、成本低廉，不产生二次污染，而透析回收的含高浓度钠盐的废水可以排入到沉钒的加盐工段盐水池中，作为加盐制球的盐水重新利用，再生回用水可以作为浸提工段的浸钒用水循环利用到生产工艺中去，不仅能够提高资源利用率，还能彻底解决废水排放产生的环境污染问题，做到废水污染物零排放，提高经济效益。根据本发明的沉钒废水的处理方法，沉钒废水在整个处理系统中直线进行，从沉钒废水投入到分离处理全过程都是单向流动，不仅能够避免废水对环境的污染，还可以将沉钒废水中有价值的钒铬固体残渣、铵盐和钠盐回收并再利用，不但可以减少对原料的消耗，还可以确保五氧化二钒的产品质量。
具体实施方式
以上对本发明的优选实施方式进行了系统描述，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
一种沉钒废水处理及资源循环利用的方法，包括以下步骤：
1)还原
在向来自五氧化二钒生产过程中的1OOL沉钒废水(按重量百分比浓度计:V5+ 0.014%、Cr6+ 0.053%、SO42- 7.75%、Na+ 2.32%、NH4+为1.104%、 Fe2+0.104%、Fe3+0.072%、Mn2+0.002%、Al3+0.005%、SiO32-0.016%、PO43-0.001%、pH值为3.1)中加入质量百分比浓度为80%的硫酸，调节pH值为2.0，经混合均匀后，加入硫化钠还原，将废水中的六价铬还原为三价铬，五价钒离子还原为三价钒离子;所述还原剂的用量为本领域中的常规用量，只要能够使全部或大部分六价铬离子还原为三价铬离子并使五价钒离子还原为三价钒离子即可。
2)沉淀
向步骤1)所述经过还原后的沉钒废水中加入氨水，控制pH值为8.5，使得废水中的大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀，然后分离得到钒铬固体残渣和上清液;钒铬固体残渣用作冶炼铬铁或提取铬的原料。
3)过滤
将步骤2)沉淀分离所得的上清液经麻石池过滤，除去废水中的大颗粒固体悬浮物;所述麻石池过滤的速度可为10m3/h。
4)活性炭吸附
将步骤3)过滤所得的废水经过活性炭吸附，进一步去除残留在废水中的固体悬浮物和重金属，得到净化废水。
5) 加热浓缩
将净化废水在压力为0.08MPa的负压状态下加热到90-95℃，使溶液沸腾，浓缩;得到含部分结晶体的浓缩液。
6) 结晶分离
将所述含部分结晶体的浓缩液导入真空结晶容器中，冷却到温度为62℃，控制真空压力为0.025MPa，进行结晶，离心分离得到硫酸钠晶体和一次结晶母液;将一次结晶母液继续冷却,在温度为42℃，控制真空压力为0.01MPa，进行第二次结晶，再离心分离得到硫酸铵晶体和二次结晶母液。
7)反渗透脱盐
将二次结晶母液用反渗透膜脱盐得透析液和透析浓缩液，透析液收集到再生水箱作为沉钒的浸提工段用水;反渗透膜脱盐所得的透析浓缩液则排入沉钒的加盐工段盐水池中，作为盐水使用，减少氯化钠加入量。
