一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的装置和方法

摘要

本发明公开了一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，pH调节池通过一提水泵与一反应器连接，反应器为密闭圆柱体，底部设有进水口，顶部设有出水口；进水口上方设有穿孔板、穿孔板上方由下至上依次设有改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，水渣层和澄清区之间设有填料隔板；澄清区上方设有反冲洗水入口，改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口；圆柱体的高径比为5：1～30：1。本发明还公开了利用该装置去除COD和铁、镍两种重金属的方法。本发明工艺一次性投资低；废液处理效果稳定；生产运行成本低；自动化程度高，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属装置和方法。

背景技术

作为我国的基础产业，钢铁工业自改革开放以来，快速发展，近年来一直处于高速发展阶段，钢年产量增幅在15％～22％。可是钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。

目前国家对废水的排放标准及相关的“节能减排”政策正逐步提高，上2012年10月1日起颁布了新的《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)要求自2015年1月1日起，现有企业执行的标准pH为6～9，COD为30mg/L，悬浮物为20mg/L，总铁为2.0mg/L，总镍为0.05mg/L。而原来的指标要求没有这么高，如COD只要60mg/L就算达标了，故原有装置和方法不能满足新指标的要求，需要重新改进。

以往冷轧稀碱废水的COD和铁、镍两种重金属的去除方法成本高，不能同时去除COD和铁、镍两种重金属。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是据冷轧稀碱废水的水质水量情况，开发出经济、高效的除COD和铁、镍两种重金属装置。同时还开发冷轧稀碱废水高效去除污染物处理方法，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。

本发明的技术方案是，一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，包括进水泵和与之连接的pH调节池，所述pH调节池通过一提水泵与一反应器连接，所述反应器为密闭圆柱体，所述反应器底部设有进水口，所述反应器顶部设有出水口；所述进水口上方设有穿孔板、所述穿孔板上方由下至上依次设有改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，所述水渣层和澄清区之间设有隔板；所述澄清区上方设有反冲洗水入口，所述改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口；

所述圆柱体的高径比为5：1～30：1。

高径比这样是为了延长废水在反应器中的停留时间，更好的和填料接触。

根据本发明的系统装置，优选的是，所述pH调节池长宽比为1.2～1.6。

根据本发明的系统装置，优选的是，所述穿孔板的孔径为100～800μm。

本发明还提供了上述装置去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，包括进水泵和与之连接的pH调节池，该方法包括：

a、冷轧稀碱废水通过进水泵流入pH调节池，调节pH为7.0～8.0，停留时间为5～20min，平均流速为1～10m/s；所述冷轧稀碱废水的水质COD为40～100mg/L，总铁为2～10mg/L，总镍为0.2～2mg/L。

b、冷轧稀碱废水通过提升泵进入反应器，从进水口进入，穿过穿孔板依次经过改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，最终从出水口流出，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为12～45min；并进行反冲洗；

所述改性膨润土的制备：

1)筛分：采用破碎机过筛分级，筛取粒径为30～120目的膨润土；

2)低温干燥：粒径为30～120目在100-110℃的干燥箱干燥2～4小时；

3)钠化剂浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为2～25％的钠化剂溶液中浸泡，然后恒温搅拌5～16小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在82～95℃之间；

4)静置和干燥：搅拌结束后恒温静置15～29小时，随后倒去上层水溶液，将下层有膨润土的浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时；

5)铝盐浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为1～19％的铝盐溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌2～11小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在67～85℃之间，搅拌结束后静置12～24小时；

6)干燥和自然冷却：静置结束后将悬浮液倒去，下层浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时，自然冷却后制备得到改性膨润土。

进入pH调节池的冷轧稀碱废水pH为6～9，调节池长宽比为1.2～1.6，停留时间为5～20min，平均流速为1～10m/s。pH调节池中加入工业废硫酸或废氢氧化钙的一种调节冷轧稀碱废水。调节池中装有pH计及自控系统，pH值控制在出水为7.0～8.0，通过控制pH自控系统调节废酸的投加量。本发明更优选调节池长宽比为1.4，停留时间为12min，平均流速为7m/s。

反应器主要功能是去除冷轧稀碱废水中的COD等有机污染物和重金属等无机污染物。填料反应器为密闭圆柱体。所述圆柱体的高径比为5：1～30：1，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为12～45min。

根据本发明的方法，优选的是，所述反应器的反冲洗周期96小时～240小时；反冲洗的清水从冲洗水口进入，冲洗时间为5～10min，然后冲洗后的水从冲洗出口排出。反冲洗与冷轧稀碱废水从进水口进入非同时进行，反冲洗的时候设备停止运行，反冲洗后设备再运行。

反应器的填料层由下至上为改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层。优选的是，所述改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层的体积比分别为50～90％：10～35％：5～15％。优选的是，体积比为膨润土填料层为80％、活性炭填料层15％，水渣层5％。改性膨润土填料区主要功能是去除冷轧稀碱废水中的重金属和COD。活性炭填料层的功能是进一步去除冷轧稀碱废水中的重金属和COD，水渣层功能是去除悬浮物和防止填料的流失。

改性膨润土的层间距大，层间由亲水性变为疏水性，吸附水中有机物的能力比普通膨润土提高几十到几百倍。改性膨润土具有结构功能可调、能高效去除有机物和重金属、可多次重复使用、饱和吸附容量大等优点。改性膨润土改性之后增加了膨润土的吸水率和交换容量，同时也提高了它的比表面积，因此可同时吸附COD和铁、镍两种金属。

进一步地，所述改性膨润土吸水率是100％～300％，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.9～1.5mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。

其中，步骤(3)所述钠化剂是氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠或醋酸钠的一种或多种混合剂；步骤(5)所述铝盐是硫酸铝、三氯化铝或硫酸铝钾的一种或多种混合剂。

优选的是，所述活性炭填料层的活性炭的粒径是50～120目，比表面积是2400～3600m²/g，表面密度是370～580g/l。更好的是，活性炭粒径是80目，比表面积是3200m²/g，表面密度是470g/l。

优选的是，所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣，所述水渣化学成分主要为CaO：35～49％；SiO₂：14～39％；Al₂O₃：3～17％；MgO：5～13％。水渣的粒径是50～120目，均匀度是87％～99％。更好的是，水渣化学成分主要为CaO：41％；SiO₂：35％；Al₂O₃：12％；MgO：12％，粒径是80目，均匀度是97％。

本发明的有益效果是：

本发明的目的就是根据冷轧稀碱废水的水质水量情况，开发出经济、高效的除COD和铁、镍两种重金属方法和装置。开发冷轧稀碱废水高效去除污染物处理装置，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。

经过整个工艺处理后，所述冷轧稀碱废水的水质pH为6～9，COD为10～30mg/L，总铁为0.5～2.0mg/L，总镍为0.01～0.05mg/L完全达到国家排放标准。

本发明提出了新型的冷轧稀碱废水除COD和铁、镍重金属的技术方案，系统解决了冷轧稀碱废水排放污染环境的问题。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺。本发明以低成本的绿色水处理技术有效解决了冷轧稀碱废水除COD和铁、镍两种重金属问题。因此本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明去除COD和铁、镍两种重金属反应器结构图。

图中，1-进水口、2-穿孔板、3-改性膨润土填料层、4-反冲洗水入口、5-活性炭填料层、6-水渣层、7-填料隔板、8-澄清区、9-反冲洗水出口、10-排水口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本发明是一种除COD和铁、镍两种重金属反应器(图1)，包括进水口1、穿孔板2、改性膨润土填料层3、反冲洗水入口4、活性炭填料层5、水渣层6、填料隔板7、澄清区8、反冲洗水出口9、排水口10。

所述反应器为密闭圆柱体，反应器底部设有进水口1，所述反应器顶部设有出水口10；所述进水口上方设有穿孔板2、所述穿孔板2上方由下至上依次设有改性膨润土填料层3、活性炭填料层5、水渣层6和澄清区7，所述水渣层6和澄清区8之间设有填料隔板7；所述澄清区8上方设有反冲洗水入口9，所述改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口4；圆柱体的高径比为5：1～30：1。

实施例1：

所述冷轧稀碱废水的水质pH为8.7，COD为87mg/L，悬浮物为45mg/L，总铁为5mg/L，总镍为1.6mg/L。

所述冷轧稀碱废水通过进水泵流入pH调节池。

进入pH调节池的冷轧稀碱废水pH为8.7，调节池长宽比为1.4，停留时间为12min，平均流速为7m/s。pH调节池中加入工业废硫酸或废氢氧化钙的一种调节冷轧稀碱废水。调节池中装有pH计及自控系统，pH值控制在出水为7.9。

然后冷轧稀碱废水通过提升泵进入高效除COD和铁、镍两种重金属反应器，反应器主要功能是去除冷轧稀碱废水中的COD等有机污染物和各种重金属等无机污染物。填料反应器为密闭圆柱体。所述圆柱体的高径比为15：1，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为26min。

冷轧稀碱废水通过进水口经过孔径为500μm的穿孔板进入填料区。填料区分为改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层，体积比分别为改性膨润土填料层为80％、活性炭填料层15％，水渣层5％。

改性膨润土的制备：1)筛分：采用破碎机过筛分级，筛取粒径为100目的膨润土。2)低温干燥：粒径为100目在105℃的干燥箱干燥4小时。3)钠化剂浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为21％的钠化剂溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌11小时，搅拌速度为1000r/min，温度保持在91度。4)静置和干燥：搅拌结束后恒温静置25小时，随后倒去上层水溶液，将下层有膨润土的浊液在105度干燥箱干燥4小时。5)铝盐浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为15％的硫酸铝溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌7小时，搅拌速度为800r/min，温度保持在81度，搅拌结束后静置16小时。6)干燥和自然冷却：静置结束后将悬浮液倒去，下层浊液在105度干燥箱干燥4小时，自然冷却后制备得到改性膨润土。

进一步，所述制备所得改性膨润土吸水率是260％，胶质含量是11ml/g，阳离子交换容量是1.4mmol/g，湿态抗压强度30kPa。

所述活性炭层，活性炭的粒径是80目，比表面积是3200m²/g，表面密度是470g/l。

所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣。

进一步，水渣化学成分主要为CaO：41％；SiO₂：35％；Al₂O₃：12％；MgO：12％，粒径是80目，均匀度是97％。

冷轧稀碱废水再经过填料反应器澄清区和填料隔板从排水口排出。

整个高效除COD和铁、镍两种重金属反应器反冲洗周期192小时。反冲洗的清水从冲洗水口进入，冲洗时间为9min。

最后冷轧稀碱废水通过出水泵达标排放

经过整个工艺处理后，所述冷轧稀碱废水的水质pH为7.9，COD为13mg/L，悬浮物为7mg/L，总铁为0.6mg/L，总镍为0.02mg/L，完全达到国家排放标准。

实施例2：

所述冷轧稀碱废水的水质pH为6.5，COD为52mg/L，悬浮物为23mg/L，总铁为7mg/L，总镍为0.6mg/L。

所述冷轧稀碱废水通过进水泵流入pH调节池。

进入pH调节池的冷轧稀碱废水pH为6.5，调节池长宽比为1.4，停留时间为12min，平均流速为7m/s。pH调节池中加入废氢氧化钙调节冷轧稀碱废水。调节池中装有pH计及自控系统，pH值控制在出水为7.7。

然后冷轧稀碱废水通过提升泵进入高效除COD和铁、镍两种重金属反应器，反应器主要功能是去除冷轧稀碱废水中的COD等有机污染物和各种重金属等无机污染物。填料反应器为密闭圆柱体。所述圆柱体的高径比为20：1，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为30min。

冷轧稀碱废水通过进水口经过孔径为300μm的穿孔板进入填料区。填料区分为改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层，体积比分别为改性膨润土填料层为70％、活性炭填料层20％，水渣层10％。

改性膨润土的制备：1)筛分：采用破碎机过筛分级，筛取粒径为60目的膨润土。2)低温干燥：粒径为60目在105℃的干燥箱干燥2小时。3)钠化剂浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为13％的氢氧化钠溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌6小时，搅拌速度为700r/min，温度保持在83度。4)静置和干燥：搅拌结束后恒温静置16小时，随后倒去上层水溶液，将下层有膨润土的浊液在105度干燥箱干燥3小时。5)铝盐浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为15％的三氯化铝溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌3小时，搅拌速度为700r/min，温度保持在73度，搅拌结束后静置13小时。6)干燥和自然冷却：静置结束后将悬浮液倒去，下层浊液在105度干燥箱干燥4小时，自然冷却后制备得到改性膨润土。

进一步，所述制备所得改性膨润土吸水率是230％，胶质含量是5ml/g，阳离子交换容量是1.1mmol/g，湿态抗压强度15kPa。

所述活性炭层，活性炭的粒径是80目，比表面积是2600m²/g，表面密度是380g/l。

所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣。

进一步，水渣化学成分主要为CaO：45％；SiO₂：31％；Al₂O₃：15％；MgO：9％，粒径是70目，均匀度是91％。

冷轧稀碱废水再经过填料反应器澄清区和填料隔板从排水口排出。

整个高效除COD和铁、镍两种重金属反应器反冲洗周期240小时。反冲洗的清水从冲洗水口进入，冲洗时间为7min。

最后冷轧稀碱废水通过出水泵达标排放

经过整个工艺处理后，所述冷轧稀碱废水的水质pH为7.2，COD为21mg/L，悬浮物为16mg/L，总铁为1.3mg/L，总镍为0.04mg/L完全达到国家排放标准。

综上所述，本发明所述的冷轧稀碱废水处理系统实现了冷轧稀碱废水的达标排放，本发明工艺一次性投资低；废液处理效果稳定；生产运行成本低；自动化程度高，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。