电化学在铜冶炼废水处理中的应用与实践顾瑞

总第152期2018年第4期Total152No.4201864COPPERENGINEERING电化学在铜冶炼废水处理中的应用与实践顾 瑞，刘 锐（金隆铜业有限公司，安徽 铜陵 244021）：介绍了电化学废水深度处理技术的工作原理，以及在铜冶炼废水处理系统中的工艺流程、应用状况。针对成分复杂的铜冶炼生产废水，电化学深度处理技术效果良好、运行稳定，出水指标优于《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB25467—2010）中的规定指标。：铜冶炼；废酸；废水；电化学；应用：X756 ：B ：1009-3842（2018）04-0064-03ApplicationandPracticeofElectrochemistryinCopperSmeltingWastewaterTreatmentGU Rui，LIU Rui（Jinlong Copper Co., Ltd., Tongling 244021, Anhui, China）Abstract: Theworking principle of Electrochemical wastewater treatment technology isintroduced, the process 安定application situation in Copper smelting wastewater treatment system are introduced as well. For the complex composition of copper smelting wastewater, the electrochemical depth treatment technology works wellandstable. The value of water is better than Copper, nickel and cobalt industrial pollutant discharge standards (GB25467-2010).Keywords: copper smelting；waste acid；wastewater；electrochemistry；application1 金隆铜业有限公司（以下简称金隆）作为一家大型铜冶炼企业，1997年投产，原设计产能阴极铜 10万t/a，硫酸37.5 万t/a（折100%H2SO4，下同）。经过不断的挖潜改造和技术优化改进，目前已形成阴极铜45万t/a，硫酸120万t/a的生产规模［1］。随着产能的提升，以及环保形势的日益严峻，原有废酸、废水处理系统很难满足生产废水处理的需要。电化学方法被称为“环境友好”工艺，它主要是通过电子与废水中的离子发生反应，不会产生二次污染，反应装置简单［2］。为进一步保证排水指标的稳定达标，采用电化学处理工艺，对废水进一步深度处理。2 ［3-5］电化学法处理重金属废水，采用电能代替化学试剂，能够同时去除水中的重金属离子、固体悬浮物等其它多种污染物。电化学硅整流器通过给多块铁极板通入直流电，在极板之间形成电场，待处理的废水流经电极板的间隙。在电场中，铁极板有一部分被电离消耗进入废水中。电场中的污染物被通电带上电荷，与电场中电离的产物以及消耗进入水中的铁离子发生反应，形成稳定的固体颗粒，从水中沉淀分离出来。电化学反应是一个复杂的反应过程，在电场的作用下，电极板电离产生的金属阳离子在进入水体时，有许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体包括三个连续的阶段：（1）在电场的作用下，铁极板被电离进入水体形成铁的氢氧化物，起到“微絮凝剂”的作用；（2）水中悬浮的颗粒、胶体污染物被“微絮凝剂”吸附包裹，失去稳定性；（3）失去稳定性的污染物颗粒和微絮凝剂之间2018-03-14顾瑞（1989-），男，安徽蚌埠人，主要从事硫酸生产、废酸废水处理方面的技术管理。E-mail:[e-mail]2018年第4期65相互碰撞、接触，形成肉眼可见的大絮凝颗粒。以铁电极板为例，电化学电极板间发生的主要反应有：阳极（铁极板）Fe-2e→Fe2+ ①在碱性环境下：Fe2++2OH-→Fe(OH)2 ②在酸性环境下：4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH- ③另，电场中水被电解失去电子，生成氧气2H2O-4e→O2+4H+ ④在阴极，水得到电子，生成氢气2H2O+2e→H2+2OH- ⑤电化学法在处理废水过程中具有多功能性，除了电化学电解反应外，还有电化学氧化和电化学还原、气浮等作用。电极板间主要反应过程如图1所示。1 电极板间主要反应过程3 3.1 金隆公司生产废水主要有烟气净化工段引出废酸、脱硫引出液、以及各区域场面地坑收集水（统称场面水）。不同来源废水的成分、水量情况见表1。1 废水水质及水量情况 mg/L废水来源水量/（m3/d）CuAs PbZnCdF废酸原液10001001500/300501200场面水15001010////脱硫引出液50017155152503.2 废酸原液，主要是在硫酸烟气净化工段产生，酸度较高，且Cu、As、Zn、Pb、F等有害物质含量较高；经硫化工序、石膏工序、中和工序系统处理后的废水中F含量在20mg/L左右，无法达到现有排放标准要求。中和工序1、2系统出口废水送入中和预处理工序5系统，通过添加硫酸铝、消石灰浆液进一步除F处理后，再进入电化学系统前集水池（均化池）。脱硫引出液，为镁法脱硫系统引出废液，呈碱性，Cu、As等重金属含量相对较低，但镁离子浓度较高；脱硫系统引出液直接进入中和系统处理，通过添加硫酸亚铁、电石渣浆液，经曝气氧化、絮凝沉降，脱除其中的Cu、AS、F后，再进入电化学系统前集水池（均化池）。场面水，指厂区各区域地坑收集水，厂区地面及厂房等由于烟尘沉降等原因，表层有较多的含重金属粉尘，遇水后部分溶于水，导致水中重金属含量超标。根据厂内各区域场面水性质的不同，电解车间、酸库区域的酸性场面废水与呈碱性的脱硫引出液共同在中和工序3系统处理；其他区域中性废水进入场面水收集水池混合后，在中和预处理工序4系统通过添加硫酸亚铁、电石渣浆液，经曝气氧化、絮凝沉降，脱除其中的Cu、AS、F后，再进入电化学系统前集水池（均化池）。中和废水处理工艺所采用的电石渣+Fe2SO4化学沉淀法，药剂投加很难随水质波动而及时调整，药剂需过量添加。一旦进口废水所含重金属浓度过高、或药剂添加量不足，均可能导致排水超标。电化学废水深度处理工艺，为外排废水的稳定达标提供了保障［2］。不同来源的废酸原液、脱硫引出液、场面水经过初步处理后在均化池混合，其中绝大部分的Cu、As、Pb等重金属离子已被脱除。再泵送至电化学系统进行深度处理，确保排水稳定达标。废水处理工艺流程见图2。⶗ࡂ጑Ꮋ
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2 废水处理工艺流程顾瑞，刘锐：电化学在铜冶炼废水处理中的应用与实践Total152总第152期664 （1）废酸、废水经过初步处理后在均化池混合，其中绝大部分的Cu、AS、F等已被脱除，混合废水进入电化学系统，通过电解反应、曝气氧化、絮凝沉降深度处理后，出水中Cu、AS等重金属含量很低，且比较稳定［6］。指标优于《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB25467-2010）。电化学废水处理系统进出口废水废水水质情况对比，见表2、表3。2 电化学系统进口废水水质 mg/L样品pHCuPbZnCdAsNi17.90.580.020.080.010.030.0227.6 1.240.020.050.010.040.0238.80.530.020.030.010.030.0248.70.450.020.150.080.060.0758.20.530.020.070.010.030.0468.12.250.050.420.010.030.0178.31.130.020.060.010.030.0487.70.420.020.010.010.030.0196.8 1.420.040.270.030.030.01108.12.320.080.330.01 0.120.013 电化学系统出口废水水质 mg/L日期pHCuPbZnCdAsNi18.00.030.020.020.010.030.0127.9 0.010.020.020.010.030.0137.70.030.020.020.010.030.0147.70.020.020.030.010.030.0158.20.020.020.050.010.030.0268.40.030.020.010.010.030.0377.90.010.020.020.010.030.0188.50.010.020.020.010.030.0297.80.010.020.010.010.030.01108.1 0.040.020.040.010.030.01（2）电化学废水处理系统运行过程中，主要产生电力、极板、PAM的费用消耗，无需添加其他药剂，运行稳定、成本低。（3）操作简单，根据生产实际需要可随时开、停机。（4）由于只通过消耗电力及铁极板处理污染物，无需添加其他化学药剂，产生污泥量较少。（5）出水水质稳定，由于电化学进口废水经过预处理后，Cu、AS等重金属指标相对稳定、较低，再经电化学深度处理，出水指标稳定，且优于排放标准。5 通过电化学废水深度处理技术在金隆公司铜冶炼废水处理系统中应用实践情况来看，电化学废水处理系统对于Cu、As、Pb等重金属含量较低的废水，处理效果良好，出水指标优于《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB25467—2010）中的规定指标，且指标稳定。弥补了传统中和废水处理工艺，效率低、出水水质不稳定的缺陷。金隆公司废酸、废水来源及成分复杂，根据废水成分、性质的不同，采用不同工艺流程进行分类处理，再通过电化学深度处理。在合理控制废水处理成本的前提下，为金隆公司废水的稳定达标提供了保障。［1］汪卫东.支路循环－预转预吸高浓SO2烟气制酸技术的开发及应用[J].硫酸工业, 2014(1):57-59.［2］林海波,伍振毅,黄卫民,等.工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向[J].化工进展, 2008, 27(2):223-230．［3］唐 剑.电化学深度处理技术在铅冶炼废水处理中的应用[J].湖南有色金属, 2017, 33(1):66-67.［4］吴晓迪,陈志强.电化学法处理工业废水的现状与发展研究[J].环境科学与管理, 2014, 39(8):32-33.［5］李洪伟,安俊菁,聂文斌.电化学技术在有色冶金含重金属废水处理的运用与实践[J].云南冶金, 2015, 44(6):74-75.［6］王平强,汪卫东.电化学法废水处理技术在铜冶炼企业的应用[J].硫酸工业, 2014(2):56-58.