1、引言
湖南某園區重金屬廢水處理廠(chǎng)主要處理園區企業(yè)排放的含重金屬廢水及廠(chǎng)區初期雨水，廢水經(jīng)處理達標后就近排入河流�，F有處理工藝為電化學(xué)絮凝法處理含重金屬工業(yè)廢水。
該園區周邊遺留多個(gè)尾礦庫，地勢低洼，匯集了大量重金屬廢水，這些廢水通過(guò)管網(wǎng)收集后排入重金屬廢水處理廠(chǎng)管網(wǎng)。新增廢水含有大量重金屬離子，各污染因子濃度高，不滿(mǎn)足現有重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)要求，直接通過(guò)現有處理工藝無(wú)法達標，因此需要新增一套預處理設施，將該重金屬廢水進(jìn)行預處理后，再進(jìn)入現有廢水處理系統處理達標排放。
2、項目情況
2.1 重金屬廢水處理廠(chǎng)情況
某園區重金屬廢水處理廠(chǎng)主要處理技術(shù)為電化學(xué)絮凝法，現有工藝如圖1所示。
重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水和出水水質(zhì)標準如表1所示，該重金屬廢水處理廠(chǎng)出口中鉛、砷、鎘、鋅等重金屬污染因子達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)表1III類(lèi)水質(zhì)標準，其他污染因子達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級B標準。
2.2 尾礦重金屬廢水情況
園區周邊遺留多個(gè)尾礦庫，匯集了大量重金屬廢水，經(jīng)現場(chǎng)取樣檢測，尾礦重金屬廢水水質(zhì)參數如下表2所示。
從表2可以看出，尾礦廢水中的鎘濃度20mg/L~80mg/L、CODcr160mg/L~600mg/L，超過(guò)了重金屬廢水處理廠(chǎng)的進(jìn)水標準(鎘≤0.1mg/L,CODcr≤120mg/L)。該股重金屬廢水如果直接進(jìn)入現有重金屬廢水處理系統進(jìn)行處理，會(huì )對該重金屬廢水處理系統產(chǎn)生很大的沖擊，從而影響出水水質(zhì)，出水無(wú)法達到排放要求。因此需要先進(jìn)行預處理，滿(mǎn)足重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水要求后，再排入現有重金屬廢水處理系統進(jìn)行進(jìn)一步處理。
2.3 尾礦重金屬廢水預處理系統進(jìn)出水水質(zhì)
從表2可以看出，尾礦廢水水質(zhì)變化較大，故選取檢測數據最大值作為進(jìn)水水質(zhì)，進(jìn)行尾礦廢水預處理系統設計。尾礦重金屬廢水預處理系統設計進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。
3、實(shí)驗驗證
3.1 預處理工藝選擇
常用重金屬廢水處理技術(shù)有重金屬捕集劑處理法、化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、氧化還原法、膜分離法和微電解法等。重金屬捕集劑相比于其他處理方法，去除率高，絮凝效果佳，污泥量少且螯合物易脫水，處理費用相對較低。
該重金屬廢水中有機物成分復雜，除了含有重金屬外，還含有機物，很多都是難降解物質(zhì)，可生化性差。對于這類(lèi)廢水一般生物法很難處理，且普通的氧化劑的氧化能力也難以滿(mǎn)足要求。芬頓氧化產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基，能氧化分解有機物，羥基自由基可以同時(shí)氧化多種有機物的混合物、容易控制、反應速率快等特點(diǎn)。
因此本項目擬將芬頓氧化與重金屬捕集劑法兩種方法相結合，充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢，使其能夠更好的去除廢水中重金屬、CODcr和其他污染物，滿(mǎn)足重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水要求。
為了驗證芬頓氧化+重金屬捕集劑工藝的可行性，進(jìn)行了芬頓氧化試驗和重金屬捕集試驗。
3.2 芬頓氧化試驗
取廢水置于燒杯中，用Ca(OH)2調節pH到5，芬頓氧化加藥量入：質(zhì)量比(H2O2:原水CODcr)=2:1，摩爾比(H2O2:FeSO4·7H2O)=3:1，攪拌反應2h后，用Ca(OH)2調節pH到7，加入PAM混凝沉淀，然后靜置0.5h后，取樣分析CODcr。
從表4可以看出芬頓氧化對尾礦廢水CODcr的去除率可達64%~70%，出水滿(mǎn)足重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水標準。
3.3 重金屬捕集試驗
取芬頓氧化后出水置于另一個(gè)燒杯中，加入重金屬捕集劑攪拌反應15min后，再加入PAC、PAM絮凝沉淀，然后靜置0.5h后，本次實(shí)驗主要對鎘進(jìn)行了取樣分析。
從表5可以看出，重金屬捕集劑對尾礦廢水中鎘的去除率可到99%，經(jīng)重金屬捕集劑處理后，出水鎘的濃度小于0.1mg/L，滿(mǎn)足重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水標準。
4、預處理工藝設計
根據上述分析和實(shí)驗驗證，本項目整體工藝采用芬頓氧化+重金屬捕劑工藝，工藝流程如圖2所示，主要包括調節池、芬頓氧化池、重金屬反應器和清水池。
工藝描述：
1)PH調節池PH調節池調節PH的作用。通過(guò)管網(wǎng)，將重金屬廢水送入PH調節池，加入Ca(OH)2，調節pH為4.5~5。
2)芬頓氧化池將PH調節池出水泵送入芬頓氧化池，向芬頓氧化池中加入30%H2O2和FeSO4，在空氣曝氣的協(xié)同作用下，廢水經(jīng)過(guò)強氧化反應后，大部分重金屬絡(luò )合物經(jīng)破絡(luò )，有機污染物被降解成小分子化合物，重金屬離子游離出來(lái)。芬頓反應2h后，加入Ca(OH)2，調節pH為7~8，然后加入PAM，加速廢水中的有機懸浮物和游離重金屬態(tài)產(chǎn)生絮凝體進(jìn)行沉降去除。
3)重金屬反應器重金屬反應器內部設置有反應區、沉淀區和出水區，反應區內設置有豎直擋板，重金屬反應器下部設置曝氣裝置。
沉淀池出水進(jìn)入重金屬反應器，首先加入重金屬捕集劑，重金屬捕集劑能夠結合重金屬離子，生成穩定且難溶于水的金屬螯合物。然后加入PAC、PAM加速廢水中的游離重金屬態(tài)產(chǎn)生絮凝體。在反應區，液體上流時(shí)推動(dòng)重捕劑和絮凝劑上流使得豎直擋板兩側存在密度差，從而液體流向另一側，使得固液在重金屬反應器內循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)控制進(jìn)水閥門(mén)，使得廢水在重金屬反應器內的停留時(shí)間為0.5~1h，當反應區的液面達到一定高度時(shí)，廢水進(jìn)入上方的沉淀區，廢水中懸浮的重金屬螯合物在沉淀區斜板處沉淀，分離出的重金屬螯合物在重力的作用下沿著(zhù)斜板向下滑至重金屬反應器底部，廢水經(jīng)沉淀區處理后進(jìn)入出水區，經(jīng)抽樣檢測后進(jìn)入清水池。
4)清水池經(jīng)重金屬捕集劑處理后的廢水進(jìn)入清水池，最后進(jìn)入園區重金屬廢水處理系統進(jìn)一步處理。
5、結論
1)根據上述分析和實(shí)驗驗證，芬頓氧化+重金屬捕集的組合工藝可實(shí)現對尾礦重金屬廢水的預處理，CODcr的去除率為60%~70%，鎘的去除率可達99%，出水CODcr濃度小于120mg/L，鎘的濃度小于0.1mg/L，出水滿(mǎn)足重金屬廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水標準。
2)重金屬捕集劑可高效去除重金屬離子，且產(chǎn)泥量少，不存在二次污染。對于重金屬廢水來(lái)說(shuō)，COD、重金屬離子都是廢水達標排放的重要指標，在高級氧化+重金屬捕集劑的組合工藝的前提下，可有效實(shí)現高濃度重金屬廢水處理和達標排放，降低能源消耗。
3)芬頓反應過(guò)程中產(chǎn)生大量污泥，同時(shí)考慮到污泥壓濾效率，添加無(wú)機物料增加脫水效果，最終導致污泥產(chǎn)量較多。為減少污泥處理費用，建議充分利用廠(chǎng)內空閑地對污泥進(jìn)行攤鋪晾曬，盡可能的減少污泥含水率，以降低污泥重量，減少處理費用。
4)采用芬頓氧化+重金屬捕集劑的組合工藝處理重金屬廢水時(shí)，需要考慮芬頓藥劑和重金屬捕集劑的投加量，選擇合適的加藥量達到處理要求，減少不必要的藥劑成本，同時(shí)減少污泥量，降低污泥處置費用。
5)重金屬捕集劑作為本工藝的重要藥劑，在實(shí)際運行過(guò)程中，需要根據重金屬廢水的變化情況、特點(diǎn)及處理要求等，選擇合適的重金屬捕集劑，從而滿(mǎn)足重金屬廢水的處理要求。（來(lái)源：杰瑞環(huán)境工程技術(shù)有限公司）
