CN106315909A

CN106315909A - 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

Info

Publication number: CN106315909A
Application number: CN201510366737.XA
Authority: CN
Inventors: 李恩超; 尹婷婷; 武晟; 侯红娟; 丁宗琪; 施瑞康
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: CN106315909B

Abstract

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***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。

Description

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

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***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***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***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***，pH值控制在出水为7.0～8.0，通过控制pH自控***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，***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***，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***，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。

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％。

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***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。

Claims

1.一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的***装置，包括进水泵和与之连接的pH调节池，其特征在于：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填料隔板；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。

2.根据权利要求1所述的去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的***装置，其特征在于，所述pH调节池长宽比为1.2～1.6。

3.根据权利要求1所述的去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的***装置，其特征在于，所述穿孔板的孔径为100～800μm。

4.权利要求1所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，其特征在于：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；

所述改性膨润土的制备：

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；

5.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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。

6.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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％。

7.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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。

9.根据权利要求4或6所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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。

10.根据权利要求4或6所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，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％。