申请日2012.08.27
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C02F9/04; B01D53/75; C02F101/22; B01D53/56; B01D53/50
摘要
本发明公开了一种利用烧结烟气处理含铬废水的方法及其设备。该方法包括：以预除尘后的烧结烟气作为还原剂，强迫气液两相充分接触，使烧结烟气中的SO2与含铬废水中的六价铬发生化学反应，最终还原生成三价铬;反应后逸出的尾气进行碱液吸收处理或常规脱硫脱硝处理;加入碱块使以离子形态存在的三价铬沉淀去除。其设备包括封闭式反应槽，所述封闭式反应槽的顶部并列设置有多根进气支管，所述多根进气支管的末端伸入至封闭式反应槽下部，所述封闭式反应槽的出水侧还设置有用于检测水质的氧化还原电位测定仪和pH测量计。该方法及设备能有效去除六价铬，不仅工艺简单、操作容易、去除效率高，而且以废治废、运行成本低、不会产生二次污染。
权利要求书
1.一种利用烧结烟气处理含铬废水的方法，其特征在于：该方法包括如 下步骤：
1)以常规预除尘后的烧结烟气作为还原剂，将其通入到流动的含铬废 水中，强迫两者发生充分的气液两相接触，使烧结烟气中易溶于水的 SO2与含铬废水中的六价铬发生化学反应，最终还原生成三价铬;
2)对经过步骤1)反应后逸出的尾气进行碱液吸收处理，将尾气中多 余的SO2和不溶于水的NOX吸收干净;或者，对经过步骤1)反应后逸出 的尾气进行常规脱硫脱硝处理;
3)在经过步骤1)反应后生成的三价铬废水中加入碱块，使废水中以 离子形态存在的三价铬沉淀下来，收集下层沉淀，排放上层清液。
2.根据权利要求1所述利用烧结烟气处理含铬废水的方法，其特征在于： 所述步骤1)中，控制反应后生成的三价铬废水的氧化还原电位值在0 .172V至-0.93V之间。
3.根据权利要求1或2所述利用烧结烟气处理含铬废水的方法，其特征在 于：所述步骤1)中，控制反应后生成的三价铬废水的pH值在4.0~5.0 之间。
4.根据权利要求1或2所述利用烧结烟气处理含铬废水的方法，其特征在 于：所述步骤1)中，烧结烟气中SO2含量为1000~2000mg/m3、NOX含量 为200~500mg/m3、粉尘含量≤50mg/m3。
5.根据权利要求1或2所述利用烧结烟气处理含铬废水的方法，其特征在 于：所述步骤2)中，碱液采用NaOH溶液;所述步骤3)中，碱块采用 Ca(OH)2或NaOH。
6.一种利用烧结烟气处理含铬废水的设备，包括封闭式反应槽(2)，其 特征在于：所述封闭式反应槽(2)的进水侧设置有进水管 (4)，所述进水管(4)通过输送泵(17)与含铬废水槽(16)相连 ;所述封闭式反应槽(2)的出水侧设置有出水管(5)，所述出水管 (5)与反应沉淀池(3)相连;所述封闭式反应槽(2)的顶部并列设 置有多根进气支管(8)，所述多根进气支管(8)的首端与进气总管 (6)的输出端相连，所述多根进气支管(8)的末端伸入至封闭式反 应槽(2)下部;所述封闭式反应槽(2)的出水侧上部设置有出气管 (13)，所述出气管(13)与尾气吸收槽(14)或脱硫脱销设备相连 ;所述封闭式反应槽(2)的出水侧还设置有用于检测水质的氧化还原 电位测定仪(11)和pH测量计(12)。
7.根据权利要求6所述利用烧结烟气处理含铬废水的设备，其特征在于： 所述封闭式反应槽(2)内沿进水管(4)至出水管(5)方向间隔设置 有多块隔水板(10)，且相邻的隔水板(10)交错布置，从而使其内 的含铬废水呈蛇形流动状态;所述多根进气支管(8)的末端分别伸入 间隔设置的多块隔水板(10)之间。
8.根据权利要求6或7所述利用烧结烟气处理含铬废水的设备，其特征在 于：所述进气总管(6)的输入端与过滤器(1)相连。
9.根据权利要求6或7所述利用烧结烟气处理含铬废水的设备，其特征在 于：所述进水管(4)和多根进气支管(8)上设置有流量计(9)。
10.根据权利要求6或7所述利用烧结烟气处理含铬废水的设备，其特征在 于：所述多根进气支管(8)的末端设置有烟气扩散器(15)。
说明书
利用烧结烟气处理含铬废水的方法及其设备
技术领域
本发明涉及废水净化处理技术，具体地指一种利用烧结烟气处理含铬 废水的方法及其设备。
背景技术
在钢铁工业生产镀锌板、彩涂板产品的后处理工序中，大多采用成熟 的铬酸盐钝化工艺，该工艺会产生一定量的含铬废水，且废水中的铬 主要以六价铬形式存在，六价铬具有很大的毒性，属第一类污染物， 能在环境及人体中长期积累并对人体产生长远的不利影响，摄入过量 的铬或长期接触含铬废水对人体有致癌作用。鉴于含铬废水的危害性 ，钢铁行业历来都非常重视含铬废水的处理。在工业废水中，国家规 定六价铬排放浓度要小于0.5mg/L，总铬含量不超过1.5mg/L。
国内外常用的含铬废水处理方法很多，按其作用原理可分为物理方法 、化学方法、物理化学方法以及生物方法四类，其中以物理化学和化 学方法为主。化学方法因其处理效果好、初期投资少、运行管理方便 、耐冲击负荷大等特点而成为含铬废水处理最实用有效的方法，也是 目前应用最为广泛的方法。钢铁厂含铬废水的传统化学还原法是在酸 性条件下利用还原剂将毒性较高的六价铬还原为毒性较小的三价铬， 然后再加入石灰或NaOH，使其在碱性条件下生成氢氧化铬沉淀。常用 的还原剂主要是Na2SO3、NaHSO3、FeSO4等，在还原法现有的处理流程 中，需要一到两级反应池进行还原反应，还需要中和池、沉淀池等， 其反应流程较长，设备占地较大，且在反应过程中需要额外投加大量 的还原剂，为了提高六价铬的还原率，还需要外加调节溶液pH值的H2SO4，药剂成本较高。
为了解决上述问题，公开号为CN102399037A的中国发明专利申请公开 说明书介绍了一种在酸性环境下用硫酸亚铁作还原剂将六价铬还原成 三价铬、然后加入碱性物质调整pH值在7~8之间进行中和处理，最后沉 淀去除铬的方法。但该方法在反应过程中需投加大量的硫酸和硫酸亚 铁，药剂成本高;而且在碱性条件下沉淀过滤时，三价铬沉淀容易被 重新氧化成六价铬，造成出水不达标;另外该方法涉及调节池、处理 池和沉淀池等多个池体，具有运行成本高和占地面积大的缺点。
公开号为CN101481165A的中国发明专利申请公开说明书介绍了一种处 理含铬废水的方法，其利用工业废硫酸溶液调节酸碱度，然后用液态 的氯化亚铁进行二级还原，将六价铬还原成三价铬，最后加入碱调节 pH值在6~8之间，沉淀去除铬。该方法同样需用到调节池、两个还原池 、中和池，和沉淀池等多个池体，且涉及两级还原反应，存在反应流 程长、运行成本高及管理难度大等问题。
另一方面，在钢铁工业的烧结工艺中，铁矿石、煤及焦粉等原料中的 硫在高温条件下氧化生成二氧化硫并通过烟气排放至大气环境中，造 成对大气环境的污染。2008年我国重点统计的钢铁工业排放二氧化硫 110万吨，其中烧结工序排放80万吨，约占全国二氧化硫排放总量的5 %，烧结烟气中SO2浓度由于其工序中使用的原燃料的产地、品种变化 而发生变化，从数百mg/m3到大于5000mg/m3，但大多数情况下能维持 在1000~2000mg/m3的范围内。在实际运行时，烧结烟气需要先经过静 电除尘或布袋除尘，再进行干法或湿法脱硫，达标后才能向外排放， 这也增大了烧结工艺的运行成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种利用烧结烟气处理含铬废水的 方法及其设备。采用该方法及其设备能有效去除钢铁工业废水中的六 价铬，不仅工艺简单、操作容易、去除效率高，而且以废治废、 运行成本低、不会产生二次污染。
为实现上述目的，本发明通过钢铁工业烧结工序产生的烧结烟气，利 用烧结烟气中SO2具有易溶于水和强还原性的特点，将含铬废水中的六 价铬还原为三价铬，为了避免烧结烟气中粉尘对反应装置的影响，该 烧结烟气须经过除尘处理，并通过在还原反应后的出水中加入碱改变 三价铬的存在形式，使以离子形态存在的三价铬转化为Cr(OH)3沉淀。 该方法具体包括如下步骤：
1)以常规预除尘后的烧结烟气作为还原剂，将其通入到流动的含铬废 水中，强迫两者发生充分的气液两相接触，使烧结烟气中易溶于水的 SO2与含铬废水中的六价铬发生化学反应，最终还原生成三价铬;
2)对经过步骤1)反应后逸出的尾气进行碱液吸收处理，将尾气中多 余的SO2和不溶于水的NOX吸收干净;或者，对经过步骤1)反应后逸出 的尾气进行常规脱硫脱硝处理;
3)在经过步骤1)反应后生成的三价铬废水中加入碱块，使废水中以 离子形态存在的三价铬沉淀下来，收集下层沉淀，排放上层清液。
上述步骤1)中，控制反应后生成的三价铬废水的氧化还原电位值在0 .172V至-0.93V之间。
上述步骤1)中，控制反应后生成的三价铬废水的pH值在4.0~5.0之间 。为保证六价铬的还原率，反应过程中需充入足量的烧结烟气，而烧 结烟气的量过大会造成反应后SO2大量剩余，从而引起废水pH值大幅下 降，这样不但不利于三价铬的沉淀也会增大尾气量，因此优选pH值在 4.0~5.0之间。烧结烟气与六价铬反应，其反应原理为：
3SO2 + Cr2O72- + 2H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + H2O
上述步骤1)中，常规预除尘后的烧结烟气中SO2含量为1000~2000mg/ m3、NOX含量为200~500mg/m3、粉尘含量≤50mg/m3。 烧结厂的烟气处理工艺是先经过电除尘或布袋除尘去除烟气中99%的粉 尘，然后再经干法或湿法脱硫去除90%以上的SO2，因此，所述常规预 除尘后的烧结烟气即除尘后、脱硫前的烧结烟气。
上述步骤2)中，碱液采用NaOH溶液;上述步骤3)中，碱块采用Ca(O H)2或NaOH。碱液优选用NaOH水溶液作为尾气的吸收剂，吸收多余的S O2和不溶于水的NOX，从而避免逸出的有害气体对环境造成二次污染; 反应后的出水进入反应沉淀池，在反应沉淀池中加入碱块进行中和反 应，其中所用碱块优选Ca(OH)2或NaOH，以便有效地将反应后出水中的 离子形态三价铬变成沉淀状的铬进行去除，其反应原理为：
Cr3++3OH- = Cr(OH)3↓
为实现上述方法而专门设计的一种利用烧结烟气处理含铬废水的设备 ，包括封闭式反应槽，所述封闭式反应槽的进水侧设置有进水管，所 述进水管通过输送泵与含铬废水槽相连;所述封闭式反应槽的出水侧 设置有出水管，所述出水管与反应沉淀池相连;所述封闭式反应槽的 顶部并列设置有多根进气支管，所述多根进气支管的首端与进气总管 的输出端相连，所述多根进气支管的末端伸入至封闭式反应槽下部; 所述封闭式反应槽的出水侧上部设置有出气管，所述出气管与尾气吸 收槽或脱硫脱销设备相连;所述封闭式反应槽的出水侧还设置有用于 检测水质的氧化还原电位测定仪和pH测量计。
进一步地，所述封闭式反应槽内沿进水管至出水管方向间隔设置有多 块隔水板，且相邻的隔水板交错布置，从而使其内的含铬废水呈蛇形 流动状态;所述多根进气支管的末端分别伸入间隔设置的多块隔水板 之间。相邻的隔水板交错布置，含铬废水在隔板间呈蛇形流动，相比 水流的直线运动，蛇形流动方式延长了水力停留时间，再结合多根进 气支管的末端分别伸入多块隔水板之间这种多点进气方式，使得气液 两相被迫充分接触发生化学反应，从而提高了六价铬的还原率和 SO2的利用率，实现了六价铬向三价铬的有效转化，并减少了SO2的逸 出量和减轻了后续尾气处理的负担。
更进一步地，所述进气总管的输入端与过滤器相连。对常规预除尘后 的烧结烟气作进一步的除尘处理，以避免烧结烟气中残留粉尘对后续 反应产生不良影响。
优选地，所述进水管和多根进气支管上设置有流量计。根据预定的最 佳氧化还原电位值或范围，然后通过调节进水管和各进气支管上的流 量计来控制进气流量和含铬废水的流量，从而保证有利于反应进行的 最佳气液比例。
更优选地，所述多根进气支管的末端设置有烟气扩散器。烟气扩散器 用于在进气支管末端形成气泡，增大气液接触面积，使得废水中六价 铬的反应更为彻底，进一步提高了六价铬的还原率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明采用的处理剂为烧结烟气，利用钢铁行业烧结厂除尘后 、脱硫前烧结烟气中的高浓度SO2来还原轧钢废水中的六价铬，烧结烟 气中的SO2易溶于水使反应液呈酸性，有利于氧化还原反应进行，使得 六价铬的还原率能达到90%以上，节省了传统方法中需大量用到的Na2SO3、NaHSO3及H2SO4等药剂，从而提高了六价铬最终的去除率，降低 了运行成本，达到以废治废的目的。
其二，本发明设计的封闭式反应槽设有多根进气支管，强迫气液两相 充分接触反应，使得六价铬反应更加彻底，大幅度提高了六价铬的还 原率，使得最终处理后的含铬废水能达标排放;气液两相充分接触反 应有利于减少SO2的逸出量，增设尾气吸收槽或脱硫脱销设备，进而彻 底吸收逸出的尾气，避免了二次污染。相比传统含铬废水处理工艺需 涉及多级反应或多个反应池体，本发明工艺简单、运行费用低、占地 面积小、而且操作容易。
其三，利用氧化还原电位测定仪来控制烧结烟气进气量和含铬废 水进水流量，从而达到有效提高六价铬还原率的目的，该操作简单、 可靠。
