同时处理工业酸洗废水、洗涤废水和化工有机废水的方法

摘要

本发明公开一种同时处理工业酸洗废水、洗涤废水和化工有机废水的方法，分析酸洗除锈废水中的Fe2+和Fe3+离子的浓度，并通过加入其他三价金属盐和二价金属盐来调节，使得二价离子的摩尔浓度是三价离子的摩尔浓度的2~4倍；将酸洗除锈废水和洗涤废水按体积比3：1~6：1混合，向混合废水中滴加50%~70%的NaOH溶液，直至pH值至8~10为止，滴加时在300~400rpm下搅拌60～120分钟；加入水量为洗涤废水1~2倍的化工有机废水，充分搅拌混合2~4h后沉淀、分离；将酸洗除锈废水中的金属离子和洗涤废水中的阴离子制备成有机水滑石，直接用于吸附化工有机废水中的有机污染物，以废治废。

说明书

技术领域

本发明涉及环境污染控制新技术的开发，尤其涉及一种同时处理工业酸洗废水、洗涤废水和化工有机废水的方法。 

背景技术

由于轧钢构件暴露在空气中容易被氧气氧化，俗称生锈。进行轧钢构件的表面加工处理时，需要对构件表面锈化层进行清除。对轧钢构件表面进行加工处理，可以增强其耐受能力，延长其使用寿命。轧钢构件表面锈化层的清除主要有物理方法、化学方法和电化学方法等。物理法主要凭借机械力剥离锈层，该方法缺点主要是锈层去除不彻底，除锈过程产生大量的粉尘，目前在钢铁除锈领域应用地比较少；化学方法应用的最广，主要是依靠酸与锈层反应达到除锈的目的，化学法除锈具有速度快、除锈彻底、保证后续钢铁表面处理的质量等优点，但是，化学方法处理依旧有不尽人意之处，如酸洗废液等污染周围环境。随着经济的发展，钢铁工业和钢铁制造业也不断的发展，钢材化学酸洗除锈过程产生的问题日益突出，成为废水治理中的研究重点之一。 

钢铁表面由于腐蚀产生的锈层组成成分主要有：Fe₂O₃，FeO，Fe₃O₄，水合铁锈化合物等。锈层呈疏松、多孔状态，易渗透，表面积比较大。酸洗过程主要是酸与铁锈进行化学反应，使锈层脱离铁基体，在酸洗除锈过程同时发生酸溶解铁基体的反应。除锈过程发生的反应主要如下： 

6H⁺＋Fe₂O₃＝2Fe³⁺＋3H₂O，

2H⁺＋FeO＝Fe²⁺＋H₂O，

8H⁺＋Fe₃O₄＝2Fe³⁺＋Fe²⁺＋4H₂O，

2Fe³⁺＋Fe＝3Fe²⁺，

2H⁺＋Fe＝Fe²⁺＋H₂。

酸洗过程产生的废水中含油大量的Fe²⁺和 Fe³⁺离子，因此，可以作为资源来使用。目前回收法主要有真空浓缩冷冻结晶法(减压蒸发冷冻结晶法)、加酸冷冻结晶法(无蒸发冷冻结晶法)、自然结晶扩散渗析法、聚合硫酸铁法、加铁屑生产硫酸亚铁五种方法，前四种方法大多存在设备投资大、工艺复杂、操作技术要求高的缺点，适用处理废酸量较大的企业。加铁屑生产硫酸亚铁方法对于含有多种其他金属离子的废水来说由于结晶分离效果差，会影响产品纯度。 

随着经济的高速发展，化工产品生产过程对环境的污染加剧，对人类健康的危害也日益普遍和严重，其中特别是精细化工产品(如制药、染料、日化等)生产过程中排出的有机物质，大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的物质。因此，化工废水处理的难度较大。化工废水的基本特征为极高的COD、高盐度、对微生物有毒性，是典型的难降解废水，是目前水处理技术方面的研究重点和热点。化工废水的特征分析如下：（1）水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；（2）废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；（3）有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；（4）生物难降解物质多，B/C比低，可生化性差；（5）废水色度高。化工废水是一种比较难处理的废水。 

洗涤废水中含有表面活性剂（主要是阴离子表面活性剂如长碳链烷基磺酸盐），三聚磷酸钠，羧甲基纤维素等助剂、油污、尘土颗粒以及各种微生物等，外观浑浊，COD为300～800mg/l，pH为6.5～7.5，悬浮物含量较高，一般在500～1200mg/l。磷酸盐进入水体会引起水体的富营养化。表面活性剂进入水体后，会使水生动、植物中毒致死，使水中某些微污染物增溶，从而增加了给水厂处理的难度；进入城市污水处理厂污水中的洗涤剂达到一定浓度时，会影响曝气、沉淀、污泥消化等诸多过程。 

目前这类废水的处理主要是分开处理，针对各种废水的特性选用各自的方法分别处理；或者多种废水混合起来，笼统的用某些工艺进行叠加，完全不考虑各自废水的特点，耗时耗力、投资大、操作费用高。 

层状双羟基复合金属氧化物（Layered Double Hydroxides，简称LDH），又称水滑石，是一类重要的无机功能材料。其独特的层状结构及层板元素和层间阴离子的可调变性受到人们的广泛关注，经离子交换向层间引入新的客体阴离子可使层状结构和组成产生相应的变化，因而可以制备一大类具有特殊性质的功能材料。水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。 

水滑石化学结构通式为：[M²⁺_1-xM³⁺x (OH)₂]^x+ [(A^n- )_x/nmH₂O]，其中M²⁺为Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺等二价金属阴离子；M³⁺为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Co³⁺等三价金属阴离子；A^n-为阴离子，如CO₃^2-，NO₃^-，Cl^-，OH^-，SO₄^2-，PO₄^3-，C₆H₄(COO)₂^2-等无机和有机离子以及络合离子，当层间无机阴离子不同，水滑石的层间距不同，同时在水滑石吸附污染物之后，层间距也会增大，以容纳更多的污染物。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术中各类废水需要单独处理，不能相互利用并以废治废的不足，提供一种同时处理工业酸洗废水、洗涤废水和化工有机废水的方法。 

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤： 

1）收集酸洗除锈废水并过滤去其中的固体颗粒，分析其中的Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，并通过加入其他三价金属盐和二价金属盐来调节，使得二价离子的摩尔浓度是三价离子的摩尔浓度的2~4倍；

2）将酸洗除锈废水和洗涤废水按体积比3：1~6：1混合，向混合废水中滴加50%~70% 的NaOH 溶液，直至pH值至8~10为止，滴加时在300~400 rpm下搅拌60～120分钟；

3）加入水量为洗涤废水1~2倍的化工有机废水，充分搅拌混合2~4 h后沉淀、分离；

4）加入盐酸或硫酸，调节pH至7。

本发明的优点是利用有机水滑石的制备原理，将酸洗除锈废水中的金属离子和洗涤废水中的阴离子制备成有机水滑石，并直接用于吸附化工有机废水中的有机污染物，最后通过沉淀将污染物从水中分离。本发明根据废水的特性，利用了废水中金属离子和有机阴离子，以废治废，简单易行，价廉易推广。 

具体实施方式

将酸洗除锈废水收集，测其pH值，如果pH过低，可以尽量多的投入一些废铁将其中酸消耗掉，一方面增加Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，另一方面可以减少后续碱的加入量。过滤去除酸洗除锈废水固体颗粒，分析其中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，并通过加入其他三价金属盐和二价金属盐来调节，三价金属盐如比较便宜的Al³⁺、Fe³⁺等，二价金属盐如比较便宜的Mg²⁺、Fe²⁺等，确保二价离子的摩尔浓度是三价离子的摩尔浓度的2~4倍。将酸洗除锈废水和洗涤废水按体积比为3：1~6：1混合，向混合废水中快速滴加50%~70% 的NaOH 溶液调节pH值，直到pH值至8~10为止，滴加时在300~400 rpm下快速搅拌60～120分钟。加入化工有机废水，水量为洗涤废水的1~2倍，化工废水加入后，和之前的混合废水充分搅拌混合2~4 h[B1] 沉淀，分离，混合废水中的污染物会随着沉淀被去除，最后加入盐酸或硫酸，调节pH至7左右。 

以下进一步提供本发明的3个实施例： 

实施例1

将酸洗除锈废水收集，测其pH值，pH为3.2，尽量多的投入一些废铁和锈铁，将其中酸消耗掉，一方面增加Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，另一方面可以减少后续碱的加入量；过滤去除酸洗废水固体颗粒，分析其中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，并通过加入其他三价金属盐AlCl₃，确保二价离子浓度是三价离子浓度的4倍；将酸洗除锈废水和洗涤废水按6：1（体积比）混合，向混合废水中快速滴加70% 的NaOH 溶液调节pH值至10，滴加时在400 rpm下快速搅拌120分钟，加入化工有机废水，水量为为洗涤废水的2倍，化工废水加入后，和之前的混合废水充分搅拌混合4 h，沉淀，分离，混合废水中的污染物会随着沉淀被去除，最后加入盐酸，调节pH至7左右。测定处理后废水的水质，经分析混合废水中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度和COD，去除率分别为95.8% 、97.2%和95.3%。

实施例2

将酸洗废水收集，测其pH值，pH为3.8，尽量多的投入一些废铁和锈铁，将其中酸消耗掉，一方面增加Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，另一方面可以减少后续碱的加入量；过滤去除酸洗废水固体颗粒，分析其中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，并通过加入二价金属盐MgCl₂来调节，确保二价离子浓度是三价离子浓度的4倍；将酸洗除锈废水和洗涤废水按3：1（体积比）混合，向混合废水中快速滴加50%的NaOH 溶液调节pH值至8，滴加时在300 rpm下快速搅拌60分钟，加入化工有机废水，水量为为洗涤废水的1倍，化工废水加入后，和之前的混合废水充分搅拌混合2 h，沉淀，分离，混合废水中的污染物会随着沉淀被去除，最后加入硫酸，调节pH至7左右。测定处理后废水的水质，经分析混合废水中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度和COD，去除率分别为94.5% 、95.1%和97.2%。

实施例3

将酸洗废水收集，测其pH值，pH为2.8，尽量多的投入一些废铁和锈铁，将其中酸消耗掉，一方面增加Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，另一方面可以减少后续碱的加入量；过滤去除酸洗废水固体颗粒，分析其中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度，并通过加入二价金属盐FeCl₂来调节，确保二价离子浓度是三价离子浓度的2倍；将酸洗除锈废水和洗涤废水按5：1（体积比）混合，向混合废水中快速滴加60% 的NaOH 溶液调节pH值至9，滴加时在350 rpm下快速搅拌90分钟，加入化工有机废水，水量为为洗涤废水的1.5倍，化工废水加入后，和之前的混合废水充分搅拌混合3 h，沉淀，分离，混合废水中的污染物会随着沉淀被去除，最后加入盐酸，调节pH至7左右。测定处理后废水的水质，经分析混合废水中Fe²⁺和 Fe³⁺离子的浓度和COD，去除率分别为94.2% 、95.1%和96.5%。