冶金工业废水处理

第五章冶金工业废水处理5.1概述5.3化学处理法5.4物理化学处理法5.5生物化学处理法5.2物理处理法5.6冶金废水净化工艺5.1概述5.1.1冶金工业废水种类与特点采矿废水选矿废水冶炼废水金属加工废水按其来源分主要含无机物质的废水主要含有机物质的废水既含有机物质又含无机物质的废水按照废水中是否含有机物把主体污染物与所要采取的治理方法结合起来分悬浮物（包括含油）工业废水含无机溶解物工业废水含有机物工业废水冷却用水(1)悬浮物（包括含油）工业废水主要是湿法除尘水、煤气洗涤水、选煤洗涤水、轧钢废水等，处理时多采用自然沉淀、混凝沉淀、压气浮选、过滤等方法净化废水，经上述处理后可循环利用。(2)含无机溶解物工业废水它包括电镀废水、酸洗含酸废液、有色冶金废水、矿山酸性废水等。以含重金属离子、酸、碱为主的废水，毒害大，处理方法复杂，可先考虑将其变害为利，从中回收有用物质。这类废水一般都是采用物理化学法处理的。(3)含有机物工业废水包括焦化废水、印染废水、造纸黑液、石油化工废水等，这类废水耗氧且有毒，应采用物化与生化相结合的方法净化。(4)冷却用水工业冷却水占工业总用水量的三分之二以上。直接排放或以低循环率循环利用，都会造成对受纳水体的热污染。无论是在丰水区的江南，还是在缺水区的北方，各工业企业都应提高工业冷却水的循环率，提高浓缩倍数，在技术允许的条件下把排污水量减少到最低程度。冶金工业废水特点①废水量大；②废水流动性介于废气和固体废物之间，主要通过地表水流扩散，造成对土壤、水体的污染；③废水成分复杂，污染物浓度高，不易净化。常由悬浮物、溶解物组成，COD高，含重金属多，毒性较大，废水偏酸性，有时含放射性物质。处理过程复杂，治理难度大。④带有颜色和异味、臭味或易生泡沫，呈现使人厌恶的外观。5.1.2冶金工业废水处理原则①废水处理应与废水资源化相结合，废水中的污泥和溶解物均可以回收利用，变废为宝；②废水尽可能回用，从源头减少废水排放；③推广清洁化生产技术，降低废水中污染物含量。正确规划产品方案，选择原料路线，采用无毒的原料和产品代替有毒的原料和产品，改革生产工艺，大力开展节水工艺，使生产过程每一环节的原料、材料、能源的利用率尽量提高，使其废物排放量也相应地减至最小。5.1.3冶金工业废水处理方法冶金废水温度高于常温，废水中含有悬浮物（污泥和油类）和溶解化学物质，所以废水处理的步骤通常包括废水冷却、去除悬浮物、溶解物质提取等。根据不同污染物质的特征，发展了各种不同的废水处理方法，这些处理方法可按其作用原理划分为四大类：1.物理处理法2.化学处理法3.物理化学法4.生物处理法。1．物理处理法原理：主要通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜和油珠）的废水处理法。根据物理作用的不同，又可分为重力离心法、离心分离法和筛滤截流法等。重力分离法的处理单元有：沉淀、上浮（气浮、浮选）等，相应使用的处理设备是沉砂池、沉淀池、除油池、气浮池及其附属装置等；离心分离法本身就是一种处理单元，使用的处理装置有离心分离机和水旋分离器等；筛滤截流法包括截流和过滤两种处理单元，前者使用的处理设备是格栅、筛网，而后者使用的处理设备是砂滤池和微孔滤池等。2．化学处理法原理：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。在化学处理中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、氧化还原等；以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、气提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又统称为膜处理技术。其中运用传质作用的处理单元具有化学作用，而同时又有与之相关的物理作用，所以也可以从化学处理法中分离出来，成为另一种处理方法，称为物理化学法，即运用物理和化学的综合作用使污水得到净化的方法。3．物理化学法原理：利用物理化学作用去除废水中的污染物质。物理化学法主要有吸附分离法、萃取法、气提法和吹脱法等。4．生物化学处理法原理：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。根据起作用的微生物不同，生物处理法又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。5.2废水的物理处理法重力沉降法过滤法气浮法离心分离法磁力分离法5.2.1重力沉降法在重力作用下，废水中比重大于1的悬浮物下沉，使其从废水中去除。适应范围：重力沉降法既可分离废水中原有悬浮固体（如泥沙、铁屑、焦粉等），又可分离在废水处理过程中生成的次生悬浮固体（如化学沉淀物、化学絮凝体及微生物絮凝体等）。特点：简单易行，分离效果好，而且分离悬浮物又往往是水处理系统不可缺少的预处理或后续工序，应用十分广泛。1．沉降类型根据废水中可沉物质的浓度高低和絮凝性的强弱，沉降有下述四种基本类型。①自由沉降②絮凝沉降③成层沉降④压缩①自由沉降自由沉降也称离散沉降，是一种无絮凝倾向或弱絮凝倾向的固体颗粒在稀溶液中的沉降。由于悬浮固体浓度低，而且颗粒间不发生黏合，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和比重都保持不变，各自独立地完成沉降过程。颗粒在泥沙池及初次沉淀池内的初期沉淀即属于此。②絮凝沉降絮凝沉降是一种絮凝性颗粒在稀悬浮液中的沉降。虽然废水中的悬浮固体浓度也不高，但在沉降过程中各颗粒之间互相黏合成较大的絮体，因而颗粒的物理性质和沉降速度不断发生变化。初次沉淀池内的后期沉淀及二次沉淀池内的初次沉降即属于此。③成层沉降成层沉降也称集团沉降。当废水中的悬浮物浓度较高，颗粒彼此靠得很近时，每个颗粒的沉降都受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒之间相对位置不变，成为一个整体的覆盖层共同下沉。水与颗粒群之间形成一个清晰的界面，沉降过程实际上就是这个界面的下沉过程。由于下沉的覆盖层必须把下面同体积的水置换出来，二者之间存在着相对运动，水对颗粒群形成不可忽视的阻力，因此成层沉降，又称为受阻沉降。化学混凝中絮体的沉降及活性水淤泥在二次沉淀池中的后期沉降即属于此。④压缩当废水中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便相互接触，彼此支撑。在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出界面，颗粒相对位置发生变化，颗粒群被压缩。活性污泥在二次沉淀池泥斗中及浓缩池内的浓缩即属于此。2．沉淀池用重力沉降法分离水中悬浮固体的设备称为沉淀池。初次沉淀池二次沉淀池按在污水处理流程中所处的位置平流式竖流式辐流式沉淀池按水流方向间歇式：其工作过程大致分为进水、静置和排水三步。污水中可沉淀的悬浮物在静置时完成沉淀过程，污水由设置在沉淀池壁不同高度的排水管排出。连续式：污水连续不断地流入和排出。污水中悬浮物的沉淀是在污水流过水池时完成的，这时可沉降颗粒受到由重力所造成的沉降速度和水流流动速度的双重作用，水流流动的速度对颗粒的沉降有重要的影响。沉淀池的运行方式平面呈矩形，废水从池首流入，水平流过池身，从池尾流出。池尾底部设有贮泥斗，集中排除刮泥设备刮下的污泥。刮泥设备有链带刮泥机、桥式行车刮泥机等。此外，也可以采用多斗重力排泥。平流式沉淀池的长度多在30-50m，为了保证废水在池内均匀分布，池的长宽比应不小于4。池宽多介于5-10m之间，沉淀区水深多在2.5-3.0m分布，然后沿沉降区的整个断面上升，澄清水由周边溢流堰溢入集水槽排出。反射板的作用是防止水冲击底部沉泥，并有消能和布水作用。在溢流堰前设有半浸式挡板，用来阻隔浮渣。竖流式沉淀池的直径一般在4~8m，最大可超过9—10m。为了保证水流垂直运动，池径和沉降区深度之比不能超过3：1。这种沉淀池排泥简易，便于管理，而且特别适用于絮凝性悬浮物的沉降。但是，布水不均匀，容积利用系数低，而且深度大，施工困难，因此，废水量大或地下水位较高时不宜采用。斜板沉淀池是根据浅层沉降理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管，以提高辐流式沉淀池的选用范围较广，既可以用于城市污水，也可用于各类工业废水；既可作为初次沉淀池，也能作为二次沉淀池。辐流式沉淀池的直径一般在20—40m，最大可达50—100m，池中心深度为2.5~5.0m。池底向中心的坡度为0.06~0.08。5.2.2过滤法过滤工艺包括过滤和反洗两个基本阶段。过滤即截留污染物，反洗即把污染物从滤料层中洗去，使之恢复过滤能力。从过滤开始到结束所延续的时间称为过滤周期（或工作周期），从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。1．筛滤通过网目状和格子状设备（如格栅或筛子等）进行液固分离的方法称为筛滤。格栅是由一组平行的钢制栅条制成的框架，倾斜架设在废水处理构筑物前或泵站集水池进口处的渠道中，用以拦截废水中大块漂浮物，以防阻塞构筑物的孔洞、闸门和管道，或损坏水泵等机械设备。格栅实际上是一种起保护作用的安全设施。格栅的栅条多是用圆钢或角钢制成。扁钢多采用断面为50mm×10mm或40mm×10mm，其特点是强度大，不易弯曲变形，但水头损失较大。圆钢直径多用10mm，其特点恰好与扁钢相反。栅条间距随欲拦截的漂浮物尺寸而定，多在15~50mm之间。被拦截在栅条上的栅渣有人工和机械两种清除方法。一般日截渣量大于0.2m3，采用机械清渣。对日截量大于1t的格栅，常附设破碎机，以便将栅渣粉碎，再用水力输送到污泥处理系统一并处理。2．粒状介质过滤废水通过粒状滤料（如石英砂）床层时，其中的悬浮物和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒状介质层分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过滤。它既可用于活性炭吸附和离子交换等深度处理过程之前作为预处理，也可用于化学混凝和生化处理之后作为最终处理过程。(1)粒状介质滤池分类按过滤速度可分为慢滤池[滤速为0.04~0.4m3/(m2·h)]、快滤池[滤速为4~8m3/(m2·h))]和高滤池[滤速10~16m3/(m2·h))]三种。按作用水（即过滤推动力）分，有重力式滤池和压力式滤池两类。按水的流动方向分，又有下向流、上向流和双向流三种。按滤层结构分，滤池又有单层滤池、双层滤池和多层滤池三种。(2)滤料滤料是滤池中最重要的组成部分，是完成过滤的主要介质。优良的滤料必须满足以下要求：有足够的机械强度，有较好的化学稳定性，有适宜的级配（滤料的粒径范围以及在此范围内各种粒径的滤料数量比例）和足够的空隙率。滤料的外形最好接近球形，表面粗糙而且有棱角，以获得较大的空隙率和比表面积。目前常用的滤料有石英砂、白煤、陶粒、高炉渣、聚氯乙烯、聚苯乙烯塑料球等。5.2.3气浮法当悬浮颗粒的密度接近或小于水的密度时，气浮是泥水分离的有效方法之一。气浮法是将空气以微泡的形式进入污水中，利用表面化学的原理，疏水性颗粒就会黏附在气泡上，随气泡一起上浮，从而实现与水的分离。污染物能否附在气泡上，主要取决于体系的表面能和污染物的表面特性。表面能由表面张力（使液体缩小表面积的能力）表示，表面特性由污染物的表面润湿性或亲水性表示。1)气浮法的特点与沉降法相比，气浮法具有下述一些特点：①占地面积小，基建投资少；②浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀污泥体积少2-10倍，而且表面刮渣也比池底排泥方便；③气浮法所需药剂费用比沉淀法少。但是，气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电0.02~0.04kW·h。2)气浮法的分类按气泡产生方式的不同，可分为充气气浮、溶气气浮和电解气浮三类。①充气气浮充气气浮是采用扩散板或微孔管直接向气浮池中通入压缩空气，或借水泵吸水管吸入空气，也可以采用水力喷射器、高速叶轮等向水中充气，形成的气泡直径大约为1000μm。②溶气气浮它是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后使废水压力骤然降低，这时空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。用这种方法形成的气泡直径只有80μm左右，并且可以人为地控制气泡和废水接触时间，因而净化效果比充气气浮好，应用也更广泛。③电解气浮法废水电解时，由于水的电解及有机物的电解氧化，在电极上会有气体（如H2、O2及C