申请日2019.07.10
公开(公告)日2019.09.06
IPC分类号C02F9/04; C02F11/00; C02F11/122; B01D53/52; B01D53/78; C01B25/37; C02F101/20
摘要
本发明提供一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统及方法，属于环境工程领域;本发明处理冶金行业酸洗废水，氯化亚铁回收系统包括硫化反应装置、固废减量化装置、磷酸铁制备装置、废气吸收装置等;本发明为处理冶金行业酸洗废水提供一整套的解决方法，减少处理工艺流程设备，简化操作流程;能够有效稳定其他重金属杂离子，实现危险废物稳定化;回收利用酸洗废水中的氯化亚铁离子，制备磷酸铁;另外，使用酸浸等方法使重金属硫化污泥最大程度实现减量化。
权利要求书
1.一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：包括依次设于钢架结构上的硫化反应装置、固废减量化装置和磷酸铁制备装置;
所述硫化反应装置包括硫化反应釜、第一板框压滤机和第一调控装置;所述硫化反应釜上分别设有第一投加器、第一加料口、第一排气口和出料口;所述硫化反应釜的出料口通过管道连接第一板框压滤机的进料口;所述第一板框压滤机的出液口通过液体管道连接所述第一调控装置的进液口;
所述固废减量化装置包括酸液加药装置、酸浸污泥减量化反应釜、第二板框压滤机和第二调控装置;所述酸浸污泥减量化反应釜上分别设有酸液进料口、第二加料口、第二排气口和出料口，所述酸液加药装置通过液体管道与所述酸浸污泥减量化反应釜的酸液进料口相连;所述酸浸污泥减量化反应釜的出料口通过液体管道与所述第二板框压滤机的进料口连接;所述第二板框压滤机的出液口通过液体管道连接所述第二调控装置的进液口;
所述第一调控装置和第二调控装置结构相同且呈漏斗状;所述第一调控装置和第二调控装置上均设有第一出液口和第二出液口;各所述第一出液口分别位于所述第一调控装置和第二调控装置的底部，且各所述第一出液口通过液体管道连接所述硫化反应釜的第一加料口;各所述第二出液口分别位于所述第一调控装置和第二调控装置的顶部;
所述磷酸铁制备装置包括抽水装置和磷酸铁制备反应釜，所述抽水装置包括抽水泵和集液桶;所述磷酸铁制备反应釜上设有第二投加器、溶液出料口、以及两个进料口;所述第一调控装置和第二调控装置的第二出液口分别通过液体管道与所述磷酸铁制备反应釜的两个进料口相连。
2.根据权利要求1所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述含亚铁离子酸性废水资源回收系统还包括废气吸收装置;所述废气吸收装置包括碱液加药装置和废气吸收装置主体;所述废气吸收装置主体上分别设有碱液进料口、废气进气口、废气排气口和出料口;所述碱液加药装置的出料口通过液体管道与所述废气吸收装置主体的碱液进料口相连;所述硫化反应釜的第一排气口和所述酸浸污泥减量化反应釜的第二排气口通过气体管道与所述废气进气口相连。
3.根据权利要求2所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述废气吸收装置主体为垂直放置的环形管道，碱液进料口和废气进气口均位于管道上部，且碱液进料口位于废气进气口下方，废气进气口与废气排气口呈中心对称设置设于环形管道上。
4.根据权利要求2所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述碱液加药装置和所述酸液加药装置结构相同，与其出料口相连的液体管道上均设有加药泵;所述酸液加药装置和所述碱液加药装置上分别设有入水口，通过入水口与自来水管道的出水口相连且连接位置处设有控制阀。
5.根据权利要求1所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述硫化反应釜、所述酸浸污泥减量化反应釜和所述磷酸铁制备反应釜内部均设有搅拌装置。
6.根据权利要求1所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述硫化反应釜的出料口、酸浸污泥减量化反应釜的出料口、第一板框压滤机的出液口、第二板框压滤机的出液口、第一调控装置和第二调控装置的第一出液口和第二出液口以及磷酸铁制备反应釜的溶液出料口处均设有化工泵和控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，其特征在于：所述第一板框压滤机、第二板框压滤机、第一调控装置和第二调控装置固定设于钢架结构上，且依次对应所述硫化反应装置、固废减量化装置、废气吸收装置和磷酸铁制备装置下方位置处。
8.采用权利要求1-7任一项所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统进行回收的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1、酸性废水处理：将酸性废水通过硫化反应釜上的第一加料口加入硫化反应釜中，采用硫化反应釜内的搅拌装置搅拌，使酸性废水混合均匀;
S2、硫化反应：在密封状态下，通过硫化反应釜上的第一投加器将硫化钠粉末状固体加入硫化反应釜中，重金属铁锌和硫化钠的摩尔比为1:2-3，采用硫化反应釜内的搅拌装置搅拌，使离子态的铁和锌充分发生硫化反应并形成硫化物沉淀;
S3、一次固液分离：打开硫化反应釜靠近出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S2反应形成的固液混合物通过化工泵动力输送至第一板框压滤机，通过第一板框压滤机实现固液分离;打开第一板框压滤机靠近出液口的液体管道上的控制阀，将压滤得到的氯化亚铁溶液通过化工泵动力输送至第一调控装置内;
S4、酸浸反应：将步骤S3经第一板框压滤机压缩后的硫化物固体通过第二加料口加入酸浸污泥减量化反应釜中;在密封状态下，通过加药泵将酸液加药装置中PH为3-5的盐酸溶液经液体管道动力输送至酸液进料口并进入到酸浸污泥减量化反应釜中;采用酸浸污泥减量化反应釜内的搅拌装置进行搅拌，使得回收亚铁离子的同时溶出未稳定的重金属杂离子;
S5、二次固液分离：打开酸浸污泥减量化反应釜靠近出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S4酸浸后的固液混合物通过化工泵动力输送至第二板框压滤机进行固液分离;将压滤得到的固体沉淀物外送处置;打开第二板框压滤机靠近出液口的液体管道上的控制阀，将分离得到的含氯化亚铁和重金属的混合溶液通过化工泵动力输送至第二调控装置内;
S6、取样检测：将步骤S5输送至第二调控装置内的含氯化亚铁和重金属的混合溶液进行取样检测，检测重金属锌和铁离子浓度;若重金属离子浓度存在超标10%以上，分别打开第一调控装置和第二调控装置靠近第一出液口的液体管道上的控制阀，将上述步骤S5分离得到的含氯化亚铁和重金属的混合溶液通过化工泵、经由第一加料口重新输送至硫化反应釜中，再次进行硫化反应，重复上述工艺流程;若存在重金属含量超标10%以内，通过向第二调控装置内加水稀释，实现重金属离子浓度达标;
S7、磷酸铁制备：打开第一调控装置和第二调控装置靠近第二出液口的液体管道上的控制阀，将步骤S6检测达标的含氯化亚铁和重金属的混合溶液和步骤S3得到的氯化亚铁溶液通过化工泵动力输送至磷酸铁制备反应釜中;将磷酸钠粉末状固体通过第二投加器投放至磷酸铁制备反应釜中，亚铁离子和磷酸根的摩尔比为1：1-3;采用磷酸铁制备反应釜内的搅拌装置搅拌，使得氯化亚铁溶液、检测达标的含氯化亚铁和重金属的混合溶液与磷酸钠充分反应并形成磷酸铁沉淀;
S8、磷酸铁成品：开启抽水装置中的抽水泵，将磷酸铁制备反应釜上层水体抽离至集液桶内;然后打开磷酸铁制备反应釜底部靠近溶液出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S7得到的磷酸铁沉淀物输出并最终桶装成磷酸铁产品后，送入到磷酸铁微生物燃料电池系统进行进一步处理。
9.根据权利要求8所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统的回收方法，其特征在于：将步骤S2、步骤S4反应过程中产生的硫化氢等有害气体，通过抽风负压将其分别从第一排气口和第二排气口排出、经气体管道输送至废气吸收装置，通过加药泵将碱液加药装置中的碱溶液经液体管道动力输送至碱液进料口并进入到整个废气吸收装置主体中，使得硫化氢气体充分被中和溶解。
10.根据权利要求8所述的一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统的回收方法，其特征在于：所述第一板框压滤机和第二板框压滤机的板框间距均为0.1mm-1mm。
说明书
一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统及方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种现代工业中产生的酸性废水中亚铁离子资源回收利用工艺系统以及其资源化产品的应用方法。
背景技术
第二次工业革命以来，社会经济显著发展，而经济社会的构建越来越离不开钢材的支撑。无论是不锈钢还是其他合金材料制成成品之前，都有道工序，称之为酸洗;利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法，是清洁金属表面的一种方法。除此之外，电镀工艺中也会产生酸性废液，主要来自于电镀液呈强酸性，重金属离子在电场作用下，覆盖于铁金属表面，此过程中会产生大量废液，改该废液含金属离子和氯离子。
现有技术中酸性废水产生的重金属污泥的处理方法，多以高温焚烧后填埋的方式和絮凝沉淀膜过滤等方式处理，一是成本高，二是容易带来二次污染的问题;且针对传统处理工艺，无法有效实现酸性废水资源的回收利用和污泥减量化、稳定化。
发明内容
本发明的目的是提供一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统及方法，以解决现有技术中酸性废水产生重金属污泥的处理方法存在成本高、易带来二次污染，且无法实现酸性废水资源的回收利用、污泥减量化和稳定化的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统，包括依次设于钢架结构上的硫化反应装置、固废减量化装置和磷酸铁制备装置;所述硫化反应装置包括硫化反应釜、第一板框压滤机和第一调控装置;所述硫化反应釜上分别设有第一投加器、第一加料口、第一排气口和出料口;所述硫化反应釜的出料口通过管道连接第一板框压滤机的进料口;所述第一板框压滤机的出液口通过液体管道连接所述第一调控装置的进液口;所述固废减量化装置包括酸液加药装置、酸浸污泥减量化反应釜、第二板框压滤机和第二调控装置;所述酸浸污泥减量化反应釜上分别设有酸液进料口、第二加料口、第二排气口和出料口，所述酸液加药装置通过液体管道与所述酸浸污泥减量化反应釜的酸液进料口相连;所述酸浸污泥减量化反应釜的出料口通过液体管道与所述第二板框压滤机的进料口连接;所述第二板框压滤机的出液口通过液体管道连接所述第二调控装置的进液口;所述第一调控装置和第二调控装置结构相同且呈漏斗状;所述第一调控装置和第二调控装置上均设有第一出液口和第二出液口;各所述第一出液口分别位于所述第一调控装置和第二调控装置的底部，且各所述第一出液口通过液体管道连接所述硫化反应釜的第一加料口;各所述第二出液口分别位于所述第一调控装置和第二调控装置的顶部;所述磷酸铁制备装置包括抽水装置和磷酸铁制备反应釜，所述抽水装置包括抽水泵和集液桶;所述磷酸铁制备反应釜上设有第二投加器、溶液出料口、以及两个进料口;所述第一调控装置和第二调控装置的第二出液口分别通过液体管道与所述磷酸铁制备反应釜的两个进料口相连。
进一步的，所述含亚铁离子酸性废水资源回收系统还包括废气吸收装置;所述废气吸收装置包括碱液加药装置和废气吸收装置主体;所述废气吸收装置主体上分别设有碱液进料口、废气进气口、废气排气口和出料口;所述碱液加药装置的出料口通过液体管道与所述废气吸收装置主体的碱液进料口相连;所述硫化反应釜的第一排气口和所述酸浸污泥减量化反应釜的第二排气口通过气体管道与所述废气进气口相连。
进一步的，所述废气吸收装置主体为垂直放置的环形管道，碱液进料口和废气进气口均位于管道上部，且碱液进料口位于废气进气口下方，废气进气口与废气排气口呈中心对称设置设于环形管道上。
进一步的，所述碱液加药装置和所述酸液加药装置结构相同，与其出料口相连的液体管道上均设有加药泵;所述酸液加药装置和所述碱液加药装置上分别设有入水口，通过入水口与自来水管道的出水口相连且连接位置处设有控制阀。
进一步的，所述硫化反应釜、所述酸浸污泥减量化反应釜和所述磷酸铁制备反应釜内部均设有搅拌装置。
进一步的，所述硫化反应釜的出料口、酸浸污泥减量化反应釜的出料口、第一板框压滤机的出液口、第二板框压滤机的出液口、第一调控装置和第二调控装置的第一出液口和第二出液口以及磷酸铁制备反应釜的溶液出料口处均设有化工泵和控制阀。
进一步的，所述第一板框压滤机、第二板框压滤机、第一调控装置和第二调控装置固定设于钢架结构上，且依次对应所述硫化反应装置、固废减量化装置、废气吸收装置和磷酸铁制备装置下方位置处。
一种含亚铁离子酸性废水资源回收系统的回收方法，包括如下具体步骤：
S1、酸性废水处理：将酸性废水通过硫化反应釜上的第一加料口加入硫化反应釜中，采用硫化反应釜内的搅拌装置搅拌，使酸性废水混合均匀;
S2、硫化反应：在密封状态下，通过硫化反应釜上的第一投加器将硫化钠粉末状固体加入硫化反应釜中，重金属铁锌和硫化钠的摩尔比为1:2-3，采用硫化反应釜内的搅拌装置搅拌，使离子态的铁和锌充分发生硫化反应并形成硫化物沉淀;
S3、一次固液分离：打开硫化反应釜靠近出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S2反应形成的固液混合物通过化工泵动力输送至第一板框压滤机，通过第一板框压滤机实现固液分离;打开第一板框压滤机靠近出液口的液体管道上的控制阀，将压滤得到的氯化亚铁溶液通过化工泵动力输送至第一调控装置内;
S4、酸浸反应：将步骤S3经第一板框压滤机压缩后的硫化物固体通过第二加料口加入酸浸污泥减量化反应釜中;在密封状态下，通过加药泵将酸液加药装置中PH为3-5的盐酸溶液经液体管道动力输送至酸液进料口并进入到酸浸污泥减量化反应釜中;采用酸浸污泥减量化反应釜内的搅拌装置进行搅拌，使得回收亚铁离子的同时溶出未稳定的重金属杂离子;
S5、二次固液分离：打开酸浸污泥减量化反应釜靠近出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S4酸浸后的固液混合物通过化工泵动力输送至第二板框压滤机进行固液分离;将压滤得到的固体沉淀物外送处置;打开第二板框压滤机靠近出液口的液体管道上的控制阀，将分离得到的含氯化亚铁和重金属的混合溶液通过化工泵动力输送至第二调控装置内;
S6、取样检测：将步骤S5输送至第二调控装置内的含氯化亚铁和重金属的混合溶液进行取样检测，检测重金属锌和铁离子浓度;若重金属离子浓度存在超标10%以上，分别打开第一调控装置和第二调控装置靠近第一出液口的液体管道上的控制阀，将上述步骤S5分离得到的含氯化亚铁和重金属的混合溶液通过化工泵、经由第一加料口重新输送至硫化反应釜中，再次进行硫化反应，重复上述工艺流程;若存在重金属含量超标10%以内，通过向第二调控装置内加水稀释，实现重金属离子浓度达标;
S7、磷酸铁制备：打开第一调控装置和第二调控装置靠近第二出液口的液体管道上的控制阀，将步骤S6检测达标的含氯化亚铁和重金属的混合溶液和步骤S3得到的氯化亚铁溶液通过化工泵动力输送至磷酸铁制备反应釜中;将磷酸钠粉末状固体通过第二投加器投放至磷酸铁制备反应釜中，亚铁离子和磷酸根的摩尔比为1：1-3;采用磷酸铁制备反应釜内的搅拌装置搅拌，使得氯化亚铁溶液、检测达标的含氯化亚铁和重金属的混合溶液与磷酸钠充分反应并形成磷酸铁沉淀;
S8、磷酸铁成品：开启抽水装置中的抽水泵，将磷酸铁制备反应釜上层水体抽离至集液桶内;然后打开磷酸铁制备反应釜底部靠近溶液出料口的液体管道上的控制阀，将步骤S7得到的磷酸铁沉淀物输出并最终桶装成磷酸铁产品后，送入到磷酸铁微生物燃料电池系统进行进一步处理。
进一步的，将步骤S2、步骤S4反应过程中产生的硫化氢等有害气体，通过抽风负压将其分别从第一排气口和第二排气口排出、经气体管道输送至废气吸收装置，通过加药泵将碱液加药装置中的碱溶液经液体管道动力输送至碱液进料口并进入到整个废气吸收装置主体中，使得硫化氢气体充分被中和溶解。
进一步的，所述第一板框压滤机和第二板框压滤机的板框间距均为0.1mm-1mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过硫化反应装置发生硫化反应，稳定酸性废水中的重金属离子;通过酸浸反应使得固废减量化;通过氧化还原反应使亚铁离子资源化，并实现磷酸铁资源化，以此形成一整套工作系统，降低了成本，实现了资源回收工艺简易化。
2、本发明可以根据需要处理的污泥量和酸洗废液量，能够保证污染物连续化处理以及生产生活过程中的安全，危废经过处理可实现稳定化，减量化的要求，并回收酸性废液中的亚铁离子，制成磷酸铁产品，实现了处理量规模化。
3、本发明通过设置废气吸收装置，能够将反应形成的硫化氢等有害气体全部吸收并中和溶解，实现了废气“零排放”。
4、综上所述，本发明简化了全流程工艺系统设备，操作简单，省工省时，大大降低成本的同时，实现了危废(酸性废水)沉淀稳定化和固定化处置，提高了氯化亚铁资源化利用;实现了工艺系统规模化处置含亚铁离子的酸性废水;有效实现了全工艺系统中污染物排放量和磷酸铁质量的可控性。
