申请日2017.03.31
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20; C02F101/10
摘要
本发明公开了一种污水处理方法及处理系统，该处理方法包括将酸性污水中加入氧化剂、亚铁盐和碱性中和剂反应，过滤，所得滤液中加入硫化钠反应，压滤，所得滤液中加入石灰乳反应，然后气浮分离和后处理。处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽、过滤器、硫化反应槽、第一压滤机、中和反应槽和气浮装置，气浮装置的第一出口与氧化中和反应槽连通。本发明的处理方法和处理系统可高效处理重金属含量较大的酸性污水，分别富集砷和其它重金属，危废渣可资源化无害化利用，有较高的回收价值，且无二次污染。
权利要求书
1.一种污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氧化-中和反应：向污水中加入氧化剂和亚铁盐，所述污水为酸性污水，然后加入碱性中和剂，调节污水pH至3～4，经反应后，过滤，所得滤液送至后续硫化反应工序，所得滤渣进行无害化处理;
(2)硫化反应：向步骤(1)所得滤液中加入硫化钠，经反应后，压滤，所得滤液送至后续中和反应工序，所得滤渣进行资源化回收利用;
(3)中和反应：向步骤(2)压滤后的滤液中加入石灰乳，调节滤液pH至10～11.5，经反应后，对所得反应产物进行气浮分离，分离出的碱性中和剂返送至所述步骤(1)中，分离出的反应液进行后处理。
2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述碱性中和剂为氢氧化镁和/或氧化镁。
3.根据权利要求2所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述酸性污水为硫酸酸性污水，所述酸性污水含有砷离子;和/或，所述氧化剂包括双氧水、次氯酸钠和漂白粉中的一种或多种;和/或，所述亚铁盐包括硫酸亚铁和/或氯化亚铁。
4.根据权利要求3所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述硫酸酸性污水中，以硫酸计，0<硫酸酸性污水中的酸质量分数≤10%;和/或，所述氧化剂为双氧水时，所述氧化剂与砷离子的摩尔比为1.1～1.5∶1;和/或，所述亚铁盐按照铁砷摩尔比为2～3∶1进行投加。
5.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述硫化钠的摩尔量与所述氧化-中和反应所得滤液中各有价金属摩尔量之和的比值为1.2～1.5∶1。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述反应的时间为2h～3h;所述步骤(2)中，所述反应的时间为30min～60min;所述步骤(3)中，所述反应的时间为0.5h～2h。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述后处理过程为：将分离出的反应液进行絮凝沉淀，所得上清液进行达标排放，所得沉淀物进行压滤，压滤渣作为普通废渣处理，压滤液返送至所述气浮分离工序中。
8.一种污水处理系统，其特征在于，所述处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽(1)、过滤器(5)、硫化反应槽(2)、第一压滤机(6)、中和反应槽(3)和气浮装置(4);所述气浮装置(4)设有用于排放气浮分离所得碱性中和剂的第一出口，所述第一出口与氧化中和反应槽(1)连通。
9.根据权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于，所述气浮装置(4)内设有气液混合管(10)，所述气液混合管(10)内设有纳米分布头(9)。
10.根据权利要求8或9所述的污水处理系统，其特征在于，所述气浮装置(4)设有用于排放气浮分离所得反应液的第二出口，所述第二出口与沉淀池(7)连通，所述沉淀池(7)与第二压滤机(8)连通，所述第二压滤机(8)与所述气浮装置(4)连通。
说明书
污水处理方法及处理系统
技术领域
本发明属于环境保护重金属酸性污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理方法及处理系统。
背景技术
有色冶炼中的铜、镍、铅、锌等金属矿物大多数是以硫化物的形式存在，在其冶炼过程中会产生大量的含硫烟气，这些含硫烟气多制成工业硫酸。有色冶炼的工业制酸过程一般使用湿法净化工艺，所采用的空塔、填料塔、动力波设备在净化过程中均会产生大量的酸性污水，本发明中简称为污水。酸性污水除了含有大量的硫酸外，还有砷、铅、镍、镉、铜、氟、氯等杂质。酸性污水若不妥善处置，会造成有价金属资源的严重浪费，更会对生态环境造成严重的污染。
目前，国内酸性污水的处理方法主要有石灰中和法、硫化—中和法、硫化—铁盐—中和法等。石灰中和法一般采用碱石灰、消石灰、飞灰等中和剂中和氢离子，并使污酸中的重金属离子形成氢氧化物沉淀而去除。该方法具有价格低廉、工艺简单的特点，但产生中和渣的渣量非常大，且含有大量砷、铅等重金属，属于危废渣，不能资源回收利用，后续处理成本很高。硫化—中和法是指在酸性污水中加入硫化钠、硫氢化钠等可溶性硫化盐，使污酸中的砷、铅、镍等金属以硫化物的形式沉淀下来，硫化后的污酸再进行中和处理。该方法能将重金属硫化物固体渣和中和渣进行分离，但污酸中原有的重金属(包括砷)全都进入硫化物废渣之中，也不利于有价重金属的回收利用，该废渣仍需作为危废处理。硫化—铁盐—中和法一般针对含砷量较高的酸性污水，在硫化中和法的基础上利用铁盐与砷生成沉淀，之后再进行中和处理。该方法保证重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水达标排放，但产生的硫化物沉淀、铁盐共沉淀均含有重金属砷成为危废无法回收利用，作为废渣处理造成了有价金属资源的浪费，危害了生态环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可高效处理重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水、分别富集砷和其它重金属、危废渣可资源化无害化利用、有较高的回收价值、无二次污染的污水处理方法及处理系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种污水处理方法，包括以下步骤：
(1)氧化-中和反应：向污水中加入氧化剂和亚铁盐，所述污水为酸性污水，然后加入碱性中和剂，调节污水pH至3～4，经反应后，过滤，所得滤液送至后续硫化反应工序，所得滤渣进行无害化处理;
(2)硫化反应：向步骤(1)所得滤液中加入硫化钠，经反应后，压滤，所得滤液送至后续中和反应工序，所得滤渣进行资源化回收利用;
(3)中和反应：向步骤(2)压滤后的滤液中加入石灰乳，调节滤液pH至10～11.5，经反应后，对所得反应产物进行气浮分离，分离出的碱性中和剂返送至所述步骤(1)中，分离出的反应液进行后处理。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述碱性中和剂为氢氧化镁和/或氧化镁。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述酸性污水为硫酸酸性污水，所述酸性污水含有砷离子;和/或，所述氧化剂包括双氧水、次氯酸钠和漂白粉中的一种或多种;和/或，所述亚铁盐包括硫酸亚铁和/或氯化亚铁。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述硫酸酸性污水中，以硫酸计，0<硫酸酸性污水中的酸质量分数≤10%;和/或，所述氧化剂为双氧水时，所述氧化剂与砷离子的摩尔比为1.1～1.5∶1;和/或，所述亚铁盐按照铁砷摩尔比为2～3∶1进行投加。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述硫化钠的摩尔量与所述氧化-中和反应所得滤液中各有价金属摩尔量之和的比值为1.2～1.5∶1。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述反应的时间为2h～3h;所述步骤(2)中，所述反应的时间为30min～60min;所述步骤(3)中，所述反应的时间为0.5h～2h。
上述的污水处理方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述后处理过程为：将分离出的反应液进行絮凝沉淀，所得上清液进行达标排放，所得沉淀物进行压滤，压滤渣作为普通废渣处理，压滤液返送至所述气浮分离工序中。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种污水处理系统，所述处理系统包括依次连通的氧化中和反应槽、过滤器、硫化反应槽、第一压滤机、中和反应槽和气浮装置;所述气浮装置设有用于排放气浮分离所得碱性中和剂的第一出口，所述第一出口与氧化中和反应槽连通。
上述的污水处理系统中，优选的，所述气浮装置内设有气液混合管，所述气液混合管内设有纳米分布头。
上述的污水处理系统中，优选的，所述气浮装置设有用于排放气浮分离所得反应液的第二出口，所述第二出口与沉淀池连通，所述沉淀池与第二压滤机连通，所述第二压滤机与所述气浮装置连通。
本发明处理的酸性污水中，通常含有砷离子、铅离子、铜离子、镉离子、镍离子、锌离子等，但不限于此，视实际情况而定，一般含有砷离子，砷离子浓度在0.5mg/L以上均可处理，通常在0.5～3000mg/L。
本发明的酸性污水在进行氧化-中和反应前，可以先进行预处理，如均化处理等。
本发明的氧化-中和反应中，五价砷和亚铁盐在pH至3～4时沉淀最完全，无害化处理通常为填埋等处理。
本发明的处理方法主要基于以下原理：
在氧化-中和反应中，将酸性污水中分别投加氧化剂(以A表示)和亚铁盐后，氧化剂将污水中的As3+氧化成As5+，Fe2+氧化成Fe3+，然后加入碱性中和剂(以B表示，优选Mg(OH)2胶体)，将污水pH调至pH为3～4，经反应，最终砷与铁盐生成共沉淀，经过滤分离，滤渣主要成分为砷酸铁，性质稳定，可作为危废(砷酸铁的性质非常稳定，基本无害化)实现无害化处理。
主要反应为：
A+As3+→As5+
A+2Fe2+→2Fe3+
B+Fe3+→Fe(OH)3↓
H3AsO4+Fe(OH)3→2FeAsO4↓+3H2O
在硫化反应中，将氧化-中和反应所得滤液中加入硫化钠溶液，通过搅拌使滤液中的其它有价金属离子以硫化物的形式沉淀下来(硫化钠的量可根据化学反应计量比来确定，硫化钠一般过量20%)，经过滤，滤渣主要成分为有价重金属渣，可进行资源化回收利用。
主要反应为：
Pb2++Na2S=2Na++PbS↓
Cd2++Na2S=2Na++CdS↓
Ni2++Na2S=2Na++NiS↓
Cu2++Na2S=2Na++CuS↓
在中和反应中，硫化反应后的滤液中加入石灰乳溶液将pH调节至10.5～11.5，进行中和反应，待反应稳定后进行气浮分离和后续的处理。
基于以上原理，本发明中氧化剂、亚铁盐和硫化钠的加入量可根据实际选用的具体原料通过化学反应计量比来确定，一般会过量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的处理方法可高效处理重金属含量波动性较大(尤其是砷含量过高)的酸性污水，保证污水处理后稳定达标排放，且可分别富集砷和其它重金属，有较高的回收价值，原有危废渣可资源化无害化利用，产生的中和渣可作为普通废渣处理，不易形成二次污染。
本发明的处理方法可充分优化药剂用量，减少运行过程中的渣量产生，使酸性污水的处理成本显著降低。首先，通过改变硫化反应的工艺顺序，硫化钠的加药量可降至传统工艺的10%。其次，通过中和反应中石灰乳置换作用及后续的气浮分离装置，氢氧化镁以胶体形态浮于水面上，并返回到氧化-中和反应中作为中和药剂进行使用。气浮装置采用纳米分布头，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高(钙镁)分离效率，提高镁的碱性化合物的回收利用率，节约药剂用量，降低成本。
本发明的处理方法可将砷和其它有价重金属分别富集，有利于高品位有价金属的资源化回收利用。本发明中氧化-中和反应能够将有毒的三价砷转化为毒性较小的五价砷，并进行固定，得到的废渣主要为砷酸铁，性质稳定，可实现无害化处理。经过氧化-中和阶段对砷进行单独处理后，在之后的硫化反应阶段，污酸中的其它有价金属可得到充分的沉淀，得到的高品位有价金属渣可以进行资源化利用。
本发明的处理方法中，中和反应形成的废渣经浸出试验检测分析后可达到国家普通固废标准，中和渣的主要成分为石膏，具有一定的经济价值，可用作为水泥厂固化剂或其他建筑材料使用。本工艺可实现中和渣的资源化利用，避免其堆存危害环境。
(2)采用本发明的处理系统可充分优化药剂用量，减少运行过程中的渣量产生，使酸性污水的处理成本显著降低。首先，通过改变硫化反应槽的设置顺序，从而改变硫化反应顺序，使硫化钠的加药量降为传统工艺的10%。其次，通过中和反应槽的设置及后续的气浮装置，使氢氧化镁以胶体形态浮于水面上，并返回到氧化-中和反应槽中作为中和药剂进行使用。气浮装置采用纳米分布头，可以使气泡的比表面积增大，使胶体更容易附着在气泡上，从而提高(钙镁)分离效率，提高镁的碱性化合物的回收利用率，节约药剂用量，降低成本。
