重金屬廢水處理增強型氣液硫化技術(shù)

有色金屬冶煉配套的煙氣制酸工藝中，冶煉煙氣在洗滌時產(chǎn)生的酸性廢水含有大量污染環(huán)境的重金屬。該酸性廢水成分復(fù)雜，污染物濃度高，處理量大，主要含有鎳、銅、鐵、砷、鉛、鎘及煙塵等有害物質(zhì)，是一種難處理的礦冶工業(yè)廢水。行業(yè)內(nèi)常用的重金屬廢水治理方法主要有中和沉淀法和硫化沉淀法，中和沉淀法產(chǎn)生的重金屬氫氧化物沉淀溶度積較高，最終形成大量以石膏為主要成分的中和渣，增加了固體危廢的處理成本，而硫化沉淀法則因其反應(yīng)效率高、產(chǎn)生渣量少的特點，在重金屬廢水處理領(lǐng)域擁有較大優(yōu)勢。

1、硫化反應(yīng)去除重金屬機理的研究

硫化沉淀法是指向酸性廢水中投加硫化劑，使酸性廢水中大部分金屬離子與硫化劑生成難溶的金屬硫化物，再以沉淀形式分離的方法。其反應(yīng)機理如下：

工業(yè)上普遍采用的硫化劑是硫化鈉，近年來，隨著原料價格的上漲以及日益嚴格的環(huán)保要求，該方法逐漸暴露出了以下缺點：

1）工業(yè)用硫化鈉純度較低，通常工業(yè)用硫化鈉質(zhì)量分數(shù)在60%，且其中含有硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉及水不溶物等雜質(zhì)，造成硫化鈉藥劑用量過大。

2）由于冶煉行業(yè)酸性廢水的重金屬含量及酸度較高，使用硫化鈉硫化，大量的Na+會在水中富集，影響處理后中水品質(zhì)，造成中水回用困難。

3）硫化沉淀法生成的重金屬硫化渣屬于危險廢物，處理費用較高，且硫化鈉藥劑會帶入大量其他不溶性雜質(zhì)，增加了反應(yīng)后的渣量，也增加了危險廢物的處理費用。

4）使用硫化鈉作為硫化劑，需要將硫化鈉溶于水后，再與酸性廢水進行反應(yīng)，副反應(yīng)易產(chǎn)生硫化氫氣體，由此導(dǎo)致硫化反應(yīng)效率低、藥劑利用率低，且硫化氫氣體的逸出會帶來巨大的環(huán)境和安全風險。

因此，經(jīng)過理論研究和技術(shù)創(chuàng)新后，在借鑒傳統(tǒng)硫化沉淀法的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員針對常規(guī)硫化系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題，對硫化沉淀法的藥劑和反應(yīng)裝置進行了改進。選用硫化氫氣體為硫化劑、采用密閉分段式螺旋噴射硫化反應(yīng)裝置進行高效硫化反應(yīng)，形成了增強型氣液硫化技術(shù)。該技術(shù)主要利用氣態(tài)硫化劑與酸性廢水反應(yīng)，反應(yīng)過程中強化硫化反應(yīng)效果。在密閉環(huán)境下，利用硫化氫的硫化反應(yīng)具有安全、便捷、高效等技術(shù)特點，最大程度地保證硫元素的高效利用。

2、增強型氣液硫化技術(shù)及其應(yīng)用

增強型氣液硫化技術(shù)的應(yīng)用是通過兩級并聯(lián)全密封分段式螺旋噴射硫化反應(yīng)裝置實現(xiàn)的，反應(yīng)后液通過濃密機、壓濾機等設(shè)備除去產(chǎn)生的硫化沉淀，清液進入下一工序處理。過量的硫化氫氣體先后通過酸水吸收塔和二段吸收塔反應(yīng)吸收，二段吸收塔的吸收液再返回反應(yīng)器作為硫化劑回用。

2.1 增強型氣液硫化技術(shù)工藝流

程增強型氣液硫化技術(shù)工藝流程見圖1。

經(jīng)氫氣與硫磺合成的硫化氫氣體與來自酸水吸收塔的酸性廢水進入一級硫化反應(yīng)器。一級硫化反應(yīng)器是由螺旋渦輪管式氣液混合器和強化硫化反應(yīng)器構(gòu)成的全密封分段式螺旋噴射硫化反應(yīng)裝置。硫化氫氣體和酸性廢水首先在螺旋渦輪管道式氣液混合器內(nèi)充分混合，經(jīng)混合后的反應(yīng)液通過噴射形式進入強化硫化反應(yīng)器。在該反應(yīng)器內(nèi)，強化混合的氣液反應(yīng)物料通過雙層攪拌裝置強化反應(yīng)，并在側(cè)壁擾流板的作用下，通過強紊流技術(shù)進一步提高該硫化反應(yīng)的反應(yīng)效率。一級反應(yīng)后的硫化反應(yīng)液通過反應(yīng)器底部的螺旋噴射裝置送入二級高效硫化反應(yīng)器內(nèi)。經(jīng)過兩級增強型氣液硫化技術(shù)處理的酸性廢水，其中重金屬和砷絕大多數(shù)通過生成硫化物的形式形成沉淀。帶有硫化沉淀的酸性廢水通過帶有坡度的自流管道送入濃密機，進行固液分離。在濃密機內(nèi)，清液通過濃密機上部溢流至清液罐，并通過輸送泵送至后端處理裝置。以硫化物為主的沉淀因重力沉降作用匯聚于濃密機底，排至污泥池。硫化物沉淀用加壓泵送入壓濾機，壓濾后清液進入清液罐，濾渣拉運至危廢處置中心。

硫化反應(yīng)器和濃密機中溢出的硫化廢氣先后進入酸水吸收塔和堿液吸收塔進行吸收，經(jīng)吸收后的廢氣達到排放標準后通過塔頂煙囪排放。堿液吸收塔內(nèi)的吸收液經(jīng)循環(huán)吸收后主要成分為硫化鈉或硫氫化鈉，可返回硫化反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)參與硫化反應(yīng)。該技術(shù)在合理處置廢氣的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了硫化廢氣的資源化利用。

2.2 硫化廢氣吸收與資源化利用

利用增強型氣液硫化技術(shù)處理重金屬酸性廢水時，為了加快反應(yīng)速率，提高重金屬去除效率，通常需要加入過量硫化氫氣體。硫化氫是一種有劇毒、極其危險的工業(yè)物料，為防止過量硫化氫氣體污染環(huán)境，造成操作人員中毒，需合理處置過量的硫化氫，在保證生產(chǎn)系統(tǒng)及人員安全的同時，進行回收利用。

在對傳統(tǒng)硫化廢氣吸收工藝比較的基礎(chǔ)上，將以硫化氫為主的硫化廢氣收集并回用至酸水吸收塔循環(huán)吸收，既保證了硫化廢氣的合理處置，又充分利用了硫化劑，增強了硫化反應(yīng)效果。設(shè)置2臺吸收塔對硫化廢氣進行吸收，吸收塔后設(shè)置風機，保證吸收塔內(nèi)負壓操作，避免吸收過程中硫化氫氣體溢出造成環(huán)境污染。高重金屬含量和高酸度的酸性廢水首先進入酸水吸收塔。正常生產(chǎn)過程中，由于硫化廢氣通過管道收集后首先進入酸水吸收塔，在該塔內(nèi)，酸性廢水對硫化廢氣進行初步吸收，一方面酸性廢水與硫化廢氣通過硫化反應(yīng)，初步除去一部分重金屬和砷，為后續(xù)硫化反應(yīng)減小壓力；另一方面，硫化廢氣中以硫化氫為主的相關(guān)組分被酸性廢水大量消耗，極大降低了堿液吸收的工作負荷，減小了廢氣吸收的耗堿量。一級廢氣吸收后的酸性廢水用泵送入硫化反應(yīng)器內(nèi)進行增強硫化；廢氣送入堿液吸收塔內(nèi)，用配置好的氫氧化鈉溶液進行吸收。吸收液在塔內(nèi)循環(huán)噴淋，確保硫化廢氣中硫化氫等有害氣體吸收完全，最終能夠達標排放。

2.3 增強型氣液硫化技術(shù)應(yīng)用效果

增強型氣液硫化技術(shù)在某大型有色冶金企業(yè)穩(wěn)定運行后，連續(xù)3周對硫化段進出口水質(zhì)取樣分析，水質(zhì)成分詳見表1。

由表1可知，經(jīng)增強型氣液硫化技術(shù)處理后重金屬酸性廢水中鎳平均去除率為89.86%，銅平均去除率為99.19%，砷平均去除率為99.62%，鉛平均去除率為94.56%，鎘平均去除率為90.72%。

增強型氣液硫化技術(shù)利用硫化氫氣體將酸性廢水中砷及重金屬以沉淀形式高效去除，該技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

1）抗污染負荷沖擊強能力、凈化效率高。增強型氣液硫化技術(shù)抗重金屬負荷沖擊能力強。酸性廢水中重金屬濃度波動很大，且無規(guī)律，經(jīng)過氣液高效硫化處理工藝處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定，凈化效率高。

2）處理過程可控、成本低。與傳統(tǒng)的硫化技術(shù)相比，該技術(shù)工藝過程硫元素充分循環(huán)利用，降低了硫化劑的消耗，可實現(xiàn)有害元素砷的可控脫除，且無二次污染。

3）工藝技術(shù)自動化程度高、勞動強度低、安全性高。該技術(shù)與國內(nèi)外原有的酸性廢水處理方法相比，工藝控制簡單，參數(shù)控制條件寬松，可通過壓力控制、pH值控制、流量控制、在線自動檢測等手段集成，實現(xiàn)酸性廢水處理全過程自動化控制，極大降低了生產(chǎn)操作人員的勞動強度。通過新型的反應(yīng)裝備可有效防止硫化氫氣體的逸出，改善作業(yè)環(huán)境，確保員工安全，提高硫化氫利用率。

3、結(jié)語

硫化法去除酸性廢水中重金屬污染物具有反應(yīng)效率高、渣量少的優(yōu)點，在業(yè)內(nèi)有廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)以硫化鈉為硫化劑的硫化工藝，在反應(yīng)過程中會帶入大量鈉鹽，影響處理后廢水的回用。增強型氣液硫化技術(shù)以硫化氫氣體為硫化劑，采用氣液混合器和螺旋噴射硫化反應(yīng)器強化了硫化氫氣體與重金屬廢水的反應(yīng)效果。同時，在過量硫化氫氣體處理方面，利用“酸水+液堿”兩級吸收，在保證尾氣達標排放的同時，最大限度地實現(xiàn)硫化劑的循環(huán)利用。下一步擬在繼續(xù)提升硫化反應(yīng)效率的同時，優(yōu)化硫化污泥的沉降和壓濾方案，以期經(jīng)增強型氣液硫化反應(yīng)技術(shù)處理后的重金屬廢水能夠達到更優(yōu)質(zhì)的出水指標。（來源：金川集團銅業(yè)有限公司）