电化学废水处理技术在冶炼废水中的应用
摘 要：废水处理站升级改造采用电化学处理工艺，使废水处理站出水达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)车间排放口标准的要求。废水 深 度 处 理 后，降低水中污染物含量，减少污染物的排放量，保障了生产过程中废水的有效处理和回用，同时可有效降低对环境产生的安全隐患。污泥经过压滤系统压滤处理，可以进一步回收其中的有价金属，其中含锌物料可以作为熔剂重新配入，直接返回配料，不产生二次污染。
关键词：冶炼;末端废水;电化学处理工艺;减排;综合回收;
解增光; 吕勇; 张玲 有色矿冶 2021-12-13
1 引 言
某公司主营业务是铜、铅、锌冶炼及其深加工产品，并综合回收镉、铟、金、银，副产硫酸、硫酸铜、硫酸锌等。为了保障生产过程中废水的有效处理和回用，目前该公司设有二座废水处理站和一座工艺水处理站，其中废水处理总站作为整个厂区的废水收集处理调度中心，收集全厂区废水，经过处理后再统一调度回用至各生产车间。主要废水来源为东山废水处理站处理后排水、炼锌工艺中焦结蒸馏系统废水等。废水处理总站整个处理系统处于失修状态，构筑物池体内部污泥淤积严重，设备已经报废，达不到任何处理效果，如直接回用，极易对后续生产工艺中的设备管道造成堵塞及腐蚀，影响后续生产工艺的顺利进行。而废水处理总站作为废水处理的最后一道工序，除了进行必要的维修及设备更新外，需要改进废水处理工艺，确保出水指标达到国家相关废水排放标准，减少对环境存在的安全隐患。
2 废水末端水处理工艺选型2.1 主要废水末端水处理工艺
目前可供选择的废水末端处理工艺有三种：分别为戈尔膜工艺、有机硫工艺和电化学工艺。
2.2 废水处理工艺选型
三种水处理工艺比较如表1。如表1所述，电化学深度处理工艺具有以下优势：
(1)处理范围广、耐冲击负荷强：电化学可处理多种污染物，包括锌、砷、铅、镉、铜等多种重金属;可以处理各种负荷的进水，对水力水质等条件要求不高。承受冲击负荷的能力较强，水质水量变化时只需在前段调pH 处增加或减少碱液的投加，就 能 够取得很好的去除效果。而戈尔膜处理系统仅为过滤装置，本身对重金属无去除效果，对前端化学法处理要求较高[1]。
(2)自动化程度高：自动化程度高，并实现远程操作和监控，对操作人员要求不高。
(3)简单操作和维护：只通过消耗电力处理污染物，无需添加其他化学药剂，易于管理;结构简单，维护量小;可根据实际需要，既能实现24小时连续运行，又能随时开机停机。不同于戈尔膜过滤器的操作复杂，需定期对膜进行酸洗和碱洗。
(4)施工周期短，运行成本低，处理效果好：主要投资为设备 及 其 配 套 设 施，土 建 工 程 量 小，工 期 缩短，因此投资成本不高，运行中仅需电力、更换极板，无须添加其他化学药剂，运行维护操作简单，因此运行费用低。不同于戈尔膜过滤器需定期酸洗、碱洗，工人劳动强度较大且对工人素质要求较高，运行成本较高。
(5)占地面积小：以设备为主，土建工程量小，占地面积大大低于其他工艺。
(6)极高的污染物去除率，且污泥量少：对锰、铬等重金属去除率远远优于国家规定标准，所产生的污泥量较少。
(7)处理效果稳定：能够保证出水稳定达标。综合比较，并分别考察了江铜、铜陵、豫光锌业、金利金铅、万洋铅业等单位的电化学法深度处理废水的应用业绩后，优先选择电化学法处理工艺。
3 电化学工艺3.1 工艺原理
废 水 在 调 节 池 中 均 质 均 量 后 经 提 升 泵 提 升 至pH 调节池，通过投加 NaOH 调节pH 值，出水进入电化学系统深度处理，电化学重金属深度处理系统利用高频脉冲电流，发生电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原反应，产生一系列多核羟基络合物及氢氧化物，与水中的胶体和悬浮物，尤其是重金属污染因子产生絮凝作用，从而产生大量的污染物絮凝团，以此使废水中重金属离子得到去除。出水进入曝气池，在曝气池中进行曝气，将 水 中 的 Fe2+ 氧 化 为Fe3+ ，发生 Fenton反应 Fe- +H2O2→OH- +HO-+Fe3+ 增加沉降性能[2]。曝气池出水自流进入絮凝反应池，投加 PAM 絮凝剂，搅拌后使生成的颗粒絮凝成较大的絮体，进入斜板沉淀池进行泥水分离，上清液自流至清水池暂时储存，随时满足生产工序的用水需求，污泥经过压滤系统压滤处理，泥饼送旋涡炉处理。
3.2 工艺流程
109废水处理厂和东山废水处理厂经过化学法处理重金属后的出水达到与整厂雨水、部分生活废水在废水调节 池 中 均 质 均 量，总 水 量 小 于100m3/h，该部分经过提升泵提升至 pH 调节池，通 过 投 加NaOH 调节pH 值出水进入电化学系统深度处理，电化学重金属深度处理系统利用高频脉冲电流，发生电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原反应，产生一系列多核羟基络合物及氢氧化物，与水中的胶体和悬浮物，尤其是重金属污染因子产生絮凝作用，从而产生大量的污染物絮凝团，以此使废水中重金属离子得到去除[3]。出水进入曝气池，在曝气 池 中 进行曝气，将水中的Fe2+ 氧化为Fe3+ ，增加沉降性能;曝气池出水自 流 进 入 絮 凝 反 应 池，投 加 PAM 絮 凝剂，搅拌后使生成的颗粒絮凝成较大的絮体，进入斜板沉淀池进行泥水分离，上清液自流至清水池暂时储存以进入下一处理单元，污泥经过压滤系统压滤处理，泥饼送旋涡炉处理。废水处理总站工艺流程见图1。
3.3 电化学系统重金属去除率
电化学系统重金属去除率如表2所示。
3.4.2 其它设备动力费用
其他设 备 耗 电 量 约 为120kWh，电 费 单 价：按0.6元/度取值，其它设备动力费用折合处理成本：0.72元/m3。
3.4.3 药剂费用
药剂费用见表4。
工程运行费用=电和极板费用+其他设备动力费用+药剂费用= (1.43～1.92)+0.72 +0.08= 2.23～2.72电化学运行费用为2.23～2.72 元/m3
4 应用效果与分析
4.1 目前运行状态
出水 水 质 满 足 《铅、锌 工 业 污 染 物 排 放 标 准》(GB25466-2010)和《铜、镍、钴工业污染物排放标准》(GB25467-2010)中相关排放限值标准[4]，具体见表5。废水处理厂升级改造工程处理后的出水全部回收，做到零排放，污泥经过压滤系统压滤处理，泥饼送旋涡炉处理。
4.2 环境效益
废水处理厂升级改造采用电化学处理工艺处理废水，污染物每年消减量如表6，表7，表8所示，环保效益显著。
电化学处理工艺技术应用大大减少污染物的产出量，降低水中污染物含量，减少对环境存在的安全隐患。废水深度处理后可用于生产使用，同时可以进一步回收废水中的有价金属，其中含锌物料可以直接返回配料。
5 结 语
废水处理厂升级改造工程采用末端废水采用电化学处理工艺，使废水处理厂出水达到《铅、锌工业污染物排放标 准》(GB25466-2010)车 间 排 放 口 标准的要求，废水深度处理后，减少污染物的产出量，降低水中污染物含量，保障生产过程中废水的有效处理和回用，同时减少对环境存在的安全隐患。污泥经过压滤系统压滤处理，可以进一步回收其中的有价金属，其中含锌物料可以作为熔剂重新配入，直接送旋涡炉处理，不造成二次污染。该技术应用保证水处理厂能在安全、高效、可靠的状态下运行，环境效益和社会效益显著提高。