多能超磁一體化技術(shù)處理重金屬廢水

　　重金屬廢水傳統(tǒng)的處理方法主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體法、吸附法和離子交換法等。這些傳統(tǒng)處理方法都存在廢渣多、處理成本高、占地面積大、易造成二次污染等問題，難以達到經(jīng)濟、效率和環(huán)境上的共贏。因此，開展新型、高效、低成本的重金屬廢水處理技術(shù)及工藝研發(fā)十分必要。

　　超磁分離技術(shù)通過向水體中投加磁性藥劑和絮凝劑，產(chǎn)生微絮凝過程，賦予絮體以磁性，再通過超磁分離機實現(xiàn)絮體和水的分離，從而達到凈化水質(zhì)的目的。在超磁分離技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了多能超磁一體化污水處理技術(shù)，用于重金屬行業(yè)廢水的治理。多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用強堿作為中和劑替代傳統(tǒng)的石灰，減少污泥渣量，并通過超磁分離技術(shù)實現(xiàn)固液分離，省卻了沉淀過程，大大縮短處理時間，且其投加的磁性藥劑可通過回收系統(tǒng)實現(xiàn)循環(huán)反復使用，降低運行成本。

　　廣西河池某礦業(yè)公司產(chǎn)生的重金屬廢水pH低，Zn、Pb、Cd、Sb等重金屬污染物含量高，因此，須經(jīng)污水處理設(shè)施處理后，使各污染物指標達到GB8978-1996的要求。本研究采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對該重金屬廢水進行處理，使出水水質(zhì)滿足GB8978-1996的要求。通過現(xiàn)場調(diào)試，研究不同藥劑投加量下各污染物的去除效率，得出優(yōu)化的藥劑投加量，并對該工藝進行經(jīng)濟效益分析，為各種重金屬廢水應急處置工程項目提供技術(shù)支持。

　　1、工藝設(shè)計

　　1.1 設(shè)計進出水質(zhì)

　　該礦業(yè)公司主要從事有色重金屬的冶煉及生產(chǎn)經(jīng)營活動，排放的廢水主要含有銻、銅、鉛、鎘、砷、鉻等重金屬元素。根據(jù)企業(yè)排放的廢水量，設(shè)計日處理規(guī)模為500m3/d;出水水質(zhì)執(zhí)行GB8978-1996中的第一、二類污染物最高允許排放一級標準。經(jīng)檢測，該廢水的主要成分見表1。

　　1.2 工藝流程

　　根據(jù)該重金屬廢水水質(zhì)情況及出水執(zhí)行的標準，采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對該重金屬廢水進行處理，工藝流程如圖1所示。

　　工藝流程說明：

　　1)企業(yè)排放的重金屬廢水由泵提升至中和池中，中和池內(nèi)設(shè)有計量泵，通過計量泵輸送質(zhì)量分數(shù)10%的NaOH溶液，通過攪拌進行中和反應，直至重金屬廢水的達到中性。在這過程中，部分重金屬離子與氫氧根離子反應生成難溶的重金屬氫氧化物沉淀，從而除去廢水中的部分重金屬污染物。

　　2)中和池的水自流至混凝反應池，由計量泵向混凝反應池中加入專用除重金屬混凝藥劑(簡稱“專用劑”)和磁性劑，其中專用劑的質(zhì)量分數(shù)為0.6%，磁性劑為自行研制的磁納米顆粒。廢水中的重金屬與專用藥劑反應形成難溶物析出成為水體中膠體懸浮物，加入的磁性劑使廢水水體中的膠體懸浮物具有微磁性。

　　3)混凝反應池的水再流入絮凝沉淀池，投加質(zhì)量分數(shù)為0.2%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液作為絮凝劑，在磁力凝聚和化學凝聚的作用下，使磁性膠體懸浮物凝聚成更大的絮凝體。充分反應后進入磁分離機進行固液分離，分離后的水進入過濾器，過濾后達標排放。

　　4)經(jīng)磁分離機分離出的污泥通過磁鼓進行常規(guī)分散、脫磁處理，使污泥和磁性劑分離，然后回收磁性劑，污泥再通過壓濾機壓濾后排出進行外運處置。

　　2、處理設(shè)施及設(shè)計參數(shù)

　　1)中和池。

　　主要用于調(diào)節(jié)廢水的至中性，使部分重金屬離子以沉淀的形式除去，減輕了后續(xù)工藝的處理負荷。中和池為地上式鋼結(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，外形尺寸準0.8m×2.5m，有效容積5m3，水力停留時間5min。中和池內(nèi)設(shè)有攪拌器。

　　2)混凝反應池。

　　主要用于將廢水中的重金屬離子以難溶物的形式析出，成為水體中膠體懸浮物，并且投入磁性藥劑使膠體懸浮物具有磁性?；炷磻貫榈厣鲜戒摻Y(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，外形尺寸準0.7m×2.0m，有效容積3m3，水力停留時間3min，池內(nèi)設(shè)有攪拌器。

　　3)絮凝沉淀池。

　　在絮凝沉淀池中加入絮凝劑后，由于磁性藥劑的密度高達5.0t/m3，因而形成高密度的絮體，加大絮體的密度，達到高效除污和快速沉降的目的。絮凝沉淀池為地上式鋼結(jié)構(gòu)，圓筒狀，內(nèi)壁防腐，表面負荷35m3/(m2?h)，外形尺寸準0.7m×2.0m，有效容積3m3，水力停留時間3min。

　　4)磁分離機。

　　磁分離機將污水中含有磁性藥劑的絮凝體吸附到磁盤上，再經(jīng)刮泥板除去，實現(xiàn)固液分離。選用型號為ASMD-500的磁分離機，體積流量為500m3/h，磁盤直徑1.2m，磁感應強度≤0.14T，功率1.35kW。

　　5)磁鼓機。

　　型號為HCG-500的高梯度永磁磁鼓機，由分散裝置和磁回收裝置構(gòu)成，體積流量為3m3/h，功率5.6kW，磁性藥劑回收率達到98%。

　　6)過濾機。

　　過濾機主要作用是進一步降低出水的懸浮物含量，使出水水質(zhì)穩(wěn)定并達標排放。選用立式壓力式過濾機，其凈水能力為60m3/h，電機功率為5.5kW。

　　7)板框壓濾機。

　　處理量為500m3/d，處理1t廢水約產(chǎn)生1kg的污泥，壓縮前污泥水的質(zhì)量分數(shù)約為98%，壓縮后為70%左右，因此選擇過濾面積為100m2的板框壓濾機1臺，型號XMZ100/1250-30UB。

　　3、調(diào)試及運行效果

　　3.1 工藝調(diào)試

　　1)NaOH投加量。

　　重金屬廢水的pH在3左右，投入中和劑NaOH進行中和，經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，當中和池中的廢水pH調(diào)節(jié)至9左右時，出水pH才能達到6～9的要求，原因是在混凝反應池中投加的專用藥劑會降低廢水的pH。系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，NaOH的投加量約為4mg/L，中和池水力停留時間5min。

　　2)磁粉投加量。

　　多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用投加磁種以使凝聚所形成的絮團帶上磁性，并通過磁聚力形成大絮團。形成的磁性絮團不靠重力沉降，而是通過超磁分離機產(chǎn)生的強大磁力將磁性絮團吸附在磁盤上，從而實現(xiàn)水與懸浮物的分離，且分離時間短、分離效果好。由于投加磁種的過程是連續(xù)的，因此投加的磁種也將成為運行費用的一部分。投加磁種過少，則處理效果差，出水水質(zhì)達不到要求;投加磁種過多，則會增加運行費用，造成資源浪費。通過多次調(diào)試，確定磁粉優(yōu)化投加量約為83mg/L。

　　3)專用藥劑和絮凝劑投加量。

　　根據(jù)廢水中重金屬去除的原理，自行研發(fā)了專用除重金屬藥劑，該藥劑通過與廢水中的重金屬離子反應，生成難溶物質(zhì)析出，從而達到去除重金屬的目的。專用藥劑與廢水中的重金屬離子反應形成膠體懸浮物，但膠體懸浮物沉淀性能差，需投加PAM使其凝聚成更大的絮團，以提高其沉淀性能，實現(xiàn)最佳分離效果，使出水水質(zhì)達標。通過反復調(diào)試，當混凝反應池、絮凝沉淀池的水力停留時間分別為3min，且專用藥劑和PAM投加量分別控制在500、10mg/L時，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn等重金屬去除率最高。

　　3.2 運行結(jié)果

　　工程完工后，按照調(diào)試后確定的工藝參數(shù)能夠穩(wěn)定的運行，進出水pH分別為3.5和8.1，SS和重金屬含量見表2。

　　由表2可知，廢水處理效果良好，SS和Sb、Pb、Cu、Cr、As、Cd、Zn的去除率分別為98.9%、95.0%、100%、97.1%、99.0%、95.7%、100%和99.9%，出水各項指標全部優(yōu)于GB8978-1996的要求，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等達到GB3838-2002的Ⅲ類水標準。

　　3.3 技術(shù)經(jīng)濟

　　該工程主要包括土建費、設(shè)備費、設(shè)備安裝運輸費、現(xiàn)場調(diào)試費、電線路架設(shè)費、設(shè)計費、工程驗收費和工程監(jiān)理費等費用，連同稅費總價約為248.1萬元。項目安裝調(diào)試運行后主要費用為運行費，其包括電費、人工費和藥劑費。各項費用分析如下：

　　1)電費：污水處理系統(tǒng)設(shè)備總功率為15kW，每kWh電按0.9元計，污水處理能力為21m3/h，則處理1t廢水的費用為0.64元/m3。

　　2)人工費：正常運維需2人完成，每人150元/d，則處理1t廢水的費用為0.60元/m3。

　　3)藥劑費：按處理1t廢水需消耗4g中和劑、10kg絮凝劑、500g專用劑和83g磁性劑計，中和劑、絮凝劑、專用劑、磁性劑單價分別為2.8、12、3、0.83元/kg，則處理1t廢水藥劑費用為2.46元/m3。

　　綜上，所需運行成本約為3.70元/m3。

　　4、結(jié)論

　　多能超磁一體化污水處理技術(shù)采用磁分離技術(shù)進行固液分離，不需要沉降時間，固液分離時間短，相應的設(shè)備占地面積小、建設(shè)周期短、日常維護方便、自動化程度高、易于操作和管理，且磁性劑可循環(huán)使用，在很大程度上降低了廢水處理成本。

　　廢水進入混凝反應設(shè)備至出水的時間約為15min，整個水處理凈化過程短時高效，適用于各種突發(fā)重金屬污染事件的應急處理。

　　采用多能超磁一體化污水處理技術(shù)對重金屬廢水進行處理，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、運行成本低，對各種重金屬污染物去除效率高，出水水質(zhì)優(yōu)于、GB8978-1996中的一級標準，且Cu、Cr、As、Cd、Zn等部分重金屬指標達到GB3838-2002的Ⅲ類水標準。(來源：廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護科學研究院，廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會)