新型微小型多功能重金屬?gòu)U液處理裝置的應(yīng)用

儲(chǔ)岳喜，王 慎，張 娟，何金保，唐勝衛(wèi)，儲(chǔ)岳海

（1.馬鞍山市桓泰環(huán)保設(shè)備有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243003）

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新型微小型多功能重金屬?gòu)U液處理裝置的應(yīng)用

儲(chǔ)岳喜1，王 慎1，張 娟1，何金保1，唐勝衛(wèi)2，儲(chǔ)岳海1

（1.馬鞍山市桓泰環(huán)保設(shè)備有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243003）

摘 要：新型微小型多功能重金屬?gòu)U液處理裝置可針對(duì)目前化工行業(yè)、生活污水處理廠COD在線監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生重金屬?gòu)U液及特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金屬及濃硫酸中的一種或多種工業(yè)廢水處理問(wèn)題，采用還原-沉淀-過(guò)濾-收集固態(tài)濾渣、濾液中和等工藝，達(dá)到有效的處理各種重金屬的效果，上清液達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：鉻；汞；含重金屬?gòu)U液；設(shè)備；化學(xué)需氧量

1 國(guó)內(nèi)重金屬?gòu)U液處理現(xiàn)狀

國(guó)家“十二五”規(guī)劃明確提出，到2015年，國(guó)家重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)重金屬污染物（鉛、汞、鎘、鉻和砷）的排放量比2007年降低15%。目前，環(huán)保部門正委托相關(guān)科研院所開(kāi)展涉重金屬污染企業(yè)“產(chǎn)排污系數(shù)”課題研究，將結(jié)合既有的國(guó)家主體功能區(qū)劃及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保政策，為通過(guò)工業(yè)廢氣排放到環(huán)境中的汞、鉻、鎘、鉛和類金屬砷等重金屬污染物的總量控制指標(biāo)分解到企業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，并將在啟動(dòng)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中期評(píng)估前，為其提供考核依據(jù)。

在工業(yè)生產(chǎn)中，皮革制造、金屬表面處理、煉鋼等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬的廢液，但這些排污企業(yè)都在環(huán)保監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。而遍布各個(gè)城市的環(huán)保監(jiān)測(cè)點(diǎn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在日常工作中也會(huì)產(chǎn)生一些有劇毒的重金屬?gòu)U液，如COD在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和各市環(huán)境監(jiān)測(cè)站的實(shí)驗(yàn)室，每天都要做大量的COD檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn)，就會(huì)產(chǎn)生一些含有高量鉻、汞、銀的化學(xué)廢液。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有專門針對(duì)這類型廢液的小型處理設(shè)備，所以實(shí)驗(yàn)室對(duì)于含有重金屬?gòu)U液的處理辦法還是手工處理方式，如對(duì)幾種常見(jiàn)重金屬的實(shí)驗(yàn)室處理方法：

（1）含汞廢棄物的處理

將廢液調(diào)至pH8～10后加入過(guò)量硫化鈉，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉淀劑，生成的硫化鐵沉淀可將硫化汞微粒吸附沉淀，然后靜止分離，清液可排放，殘?jiān)捎帽簾ɑ厥展蛑瞥晒}。

（2）鉛、鎘

用堿將廢液pH調(diào)至8～10，生成Pb（OH）2和Cd（OH）2沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉淀劑，沉淀物可與其他無(wú)機(jī)物混合進(jìn)行燒結(jié)處理，清液排放。

（3）鉻

含鉻廢液中加入還原劑，如硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、鐵屑，在酸性條件下將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，然后加入堿，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉等，使三價(jià)鉻生成Cr（OH）3沉淀，清液可排放。沉淀干燥后可用焙燒法處理，使其與煤渣一起焙燒，處理后可填埋。

由此可以看出，實(shí)驗(yàn)室手工處理含重金屬?gòu)U液耗時(shí)、耗力、效率不高，尤其是自然沉淀階段過(guò)程很慢，固液分離手工操作差別會(huì)很大，并且在操作過(guò)程中可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)員造成接觸性傷害。如果有一臺(tái)專用的處理設(shè)備，就可以先將這些廢液集中收集到一定量后送入設(shè)備進(jìn)行一并處理，既可解放人力確保安全，又能快速高效。

新型微小型多功能重金屬?gòu)U液處理裝置正是基于這些需求而研發(fā)，可用于處理實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的含鉻、汞、銀、鉛、鎘等對(duì)人體有害的重金屬化學(xué)廢液和COD在線監(jiān)測(cè)設(shè)備所產(chǎn)生的廢液。單次處理量100～1000mL，每次處理時(shí)間10～15分鐘，處理后上清液中的重金屬含量可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）第一類污染物最高允許排放濃度（見(jiàn)表1）。

表1 第一類污染物最高允許排放濃度（GB8978-1996）

舉例來(lái)說(shuō)，一臺(tái)哈希COD在線監(jiān)測(cè)設(shè)備每個(gè)月產(chǎn)生5～6L的廢液，根據(jù)哈希藥劑配方，按照正常設(shè)備工作流程，理論上COD廢液中的汞離子含量約為9.7g/L，銀離子含量約為1.21g/L，總鉻含量約為3～4g/L。如果不經(jīng)過(guò)化學(xué)方法將重金屬離子沉淀并收集，想達(dá)到汞離子0.05mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)，廢液需要稀釋20萬(wàn)倍才能排放。一臺(tái)設(shè)備每月產(chǎn)生廢液5L，若一個(gè)城市的COD裝機(jī)量為100套，則每年會(huì)產(chǎn)生廢液6噸，需要120萬(wàn)噸的水來(lái)稀釋。稀釋后的廢水中的重金屬離子仍然會(huì)在自然界中不斷富集，而普通污水處理廠的處理工藝對(duì)這些重金屬離子無(wú)法達(dá)到理想的處理效果，這些得不到及時(shí)有效處理的廢水排放到江河湖海或用于灌溉農(nóng)田，最終會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。COD檢測(cè)廢液中還含有大量有劇毒及腐蝕性的六價(jià)鉻，接觸多可能會(huì)引發(fā)癌癥。

該設(shè)備處理COD在線監(jiān)測(cè)廢液的化學(xué)工藝為：首先向廢液中加入過(guò)量的亞鐵還原劑，將其中劇毒的六價(jià)鉻全部轉(zhuǎn)化為低毒的三價(jià)鉻，隨后向溶液中加入強(qiáng)堿溶液，使其中的三價(jià)鉻、汞離子、銀離子和鐵離子形成固態(tài)化合物，然后加入適量絮凝劑將這些離散的固態(tài)化合物形成絮凝團(tuán)，經(jīng)過(guò)初級(jí)過(guò)濾將其收集起來(lái)，過(guò)濾后的液體經(jīng)過(guò)0.1微米的二級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，將其中少量微小顆粒物進(jìn)行濾除，最終上清液進(jìn)入到中和桶中，調(diào)節(jié)pH值到6～9后正常排放。經(jīng)初級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)收集的重金屬沉淀絮凝物可送到附近的危廢處理中心進(jìn)行安全填埋，也可做為水泥磚的輔料將其固化。這樣就可以保證這些重金屬不會(huì)再進(jìn)入到自然界中被動(dòng)植物或人體所接觸。實(shí)驗(yàn)證明，該設(shè)備對(duì)于少量高度的重金屬化學(xué)廢液有很好的處理效果。

2 相關(guān)技術(shù)參數(shù)

新型微小型多功能重金屬?gòu)U液處理裝置設(shè)備的處理對(duì)象為：含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag及強(qiáng)酸性濃硫酸廢液；處理方法為：還原 - 沉淀 - 過(guò)濾 - 收集固態(tài)濾渣、濾液中和排放；處理結(jié)果執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）。有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 新型多功能處置設(shè)備效果

一般維護(hù)周期每月一次，每次約30min；試劑和耗材消耗成本小于5元/L樣品； 輸出RS-232，4-20mA（選配）；環(huán)境要求在溫度可調(diào)的室內(nèi)，建議溫度5℃～28℃，濕度≤90%（不結(jié)露）；電源AC230±10%V，50±10%Hz，5A；設(shè)備尺寸高1280× 寬930×深660（mm）。其他：異常報(bào)警和斷電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)；觸摸屏顯示及指令輸入；異常復(fù)位和斷電后來(lái)電，自動(dòng)恢復(fù)工作狀態(tài)繼續(xù)先前的步驟。

3 應(yīng)用

該設(shè)備可應(yīng)用于鋼鐵、電力、冶金、化工原料等各種工業(yè)及生活污水處理廠COD在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的廢液，也可應(yīng)用于特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金屬及濃硫酸中的一種或多種工業(yè)廢水處理應(yīng)用中，也可以根據(jù)用戶實(shí)際需要處理的廢液成分，對(duì)藥劑配方進(jìn)行調(diào)整變動(dòng)。

4 設(shè)備的工作系統(tǒng)

4.1 處理系統(tǒng)

該設(shè)備整機(jī)處理系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 整機(jī)處理系統(tǒng)工作原理

5個(gè)試劑瓶中裝有待處理的化學(xué)廢液和處理過(guò)程中所需的幾種反應(yīng)試劑，5種試劑情況見(jiàn)表3。

表3 試劑情況

系統(tǒng)運(yùn)行流程為：蠕動(dòng)泵1按照一定的順序分別將幾個(gè)試劑瓶2中的試劑逐次定量（按照一定的配比）抽取到反應(yīng)容器3中進(jìn)行混合反應(yīng)，反應(yīng)期間由空氣泵10向反應(yīng)池持續(xù)鼓氣以促進(jìn)反應(yīng)充分，反應(yīng)過(guò)后生成的含有固體顆粒物的混合液經(jīng)電磁閥9排放到過(guò)渡容器11，過(guò)渡容器11中的混合液經(jīng)計(jì)量泵7進(jìn)行定量抽取至過(guò)濾器4中，過(guò)濾系統(tǒng)包含高低兩級(jí)精度過(guò)濾器，過(guò)濾器的兩端接有手動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)5，當(dāng)過(guò)濾器4出現(xiàn)堵塞需要更換時(shí)就關(guān)閉手動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)5，以防更換過(guò)濾器4時(shí)管道中液體流出，過(guò)濾器4與計(jì)量泵7之間接有壓力傳感器6，當(dāng)過(guò)濾器4出現(xiàn)堵塞時(shí)壓力會(huì)升高，壓力傳感器6檢測(cè)到系統(tǒng)壓力上升到設(shè)定值時(shí)會(huì)反饋給電氣系統(tǒng)，然后更換濾芯4，過(guò)濾后的液體進(jìn)入中和容器12，中和容器12內(nèi)部裝有液位傳感器13和pH計(jì)14，當(dāng)傳感器13檢測(cè)到液位達(dá)到設(shè)定值后，pH計(jì)14向系統(tǒng)反饋所檢測(cè)到得pH值，如果pH值達(dá)標(biāo)，即可開(kāi)啟電磁閥16進(jìn)行排放，如果pH值不達(dá)標(biāo)，即可開(kāi)啟蠕動(dòng)泵1抽取試劑瓶2中的試劑進(jìn)行中和，中和過(guò)程中空氣泵10持續(xù)向中和容器12鼓氣，以使中和反應(yīng)充分，當(dāng)pH計(jì)14向系統(tǒng)反饋所檢測(cè)到得pH值達(dá)標(biāo)后即停止中和過(guò)程，并開(kāi)啟電磁閥15進(jìn)行排放。整機(jī)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 整機(jī)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該設(shè)備的功能通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：1）通過(guò)集成式蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)各種反應(yīng)試劑的定量配比，加藥反應(yīng)時(shí)間通過(guò)蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)配和顏色傳感器確定；2）通過(guò)前后兩級(jí)精度過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)將反應(yīng)過(guò)程中的污染物顆粒進(jìn)行有效取出，方便收集固體顆粒物；3）通過(guò)過(guò)渡（沉淀）容器和各試劑瓶安裝液位報(bào)警開(kāi)關(guān)進(jìn)行溢滿和試劑缺失報(bào)警；4）通過(guò)觸摸屏參數(shù)設(shè)定每次處理量的大小，可靈活控制廢液處理設(shè)備的處理量和處理效率；5）通過(guò)pH傳感器監(jiān)控中和容器中液體的pH值以及和中和反應(yīng)是否完全，以保證達(dá)標(biāo)排放；6）通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，觸摸屏模塊和檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種廢液的一鍵式操控。

4.2 電氣器件

PLC在電氣系統(tǒng)中是控制電氣設(shè)備的核心部件，因此PLC的控制性能是關(guān)系到整個(gè)控制系統(tǒng)是否正常、安全、可靠、高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。該設(shè)備采用進(jìn)口西門子PLC和西門子觸摸屏等控制元器件，性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，減少了環(huán)境干擾和設(shè)備故障。

4.3 設(shè)備的特點(diǎn)

1）該設(shè)備基于創(chuàng)新工藝流程而研發(fā)，能快速、有效處理含有有害金屬離子的多種化學(xué)廢液，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的自動(dòng)化控制水處理設(shè)備行業(yè)空白，具有集約、高效的優(yōu)勢(shì)；2）實(shí)現(xiàn)了處理過(guò)程各階段的全程自動(dòng)化檢測(cè)和監(jiān)控，對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的意外情況可以做出預(yù)警；3）該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，處理周期短、效率高；配置了智能化控制觸摸屏，操作簡(jiǎn)單，只需輕輕一點(diǎn)即可完成工作，處理進(jìn)度、系統(tǒng)壓力、液位、pH值等參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上，設(shè)備工作情況一目了然；4）采用兩級(jí)過(guò)濾，可以將反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的固體顆粒物完全濾除，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作，可通過(guò)觸摸屏真正實(shí)現(xiàn)一鍵式處理。

4.4 處理步驟

1）開(kāi)啟蠕動(dòng)泵1抽取稀釋液用新的水樣沖洗測(cè)量水樣、試劑體積的容器和消解試管；2）開(kāi)啟蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，水樣并不直接與蠕動(dòng)泵管接觸，在泵管和水樣間有一個(gè)空氣緩沖區(qū)，進(jìn)樣的體積由一可視測(cè)量系統(tǒng)控制；3）開(kāi)啟蠕動(dòng)泵投加試劑（硫酸汞、重鉻酸鉀、硫酸包括催化劑），試劑的體積也由可視測(cè)量系統(tǒng)控制；4）通過(guò)鼓泡混合水樣和試劑；5）擰緊消解試管蓋后，由加熱金屬絲將溶液加熱至175℃，消解時(shí)間由測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)控制；6）溶液冷卻后，由蠕動(dòng)泵排出溶液；7）在用戶自定義的測(cè)量周期中，分析儀會(huì)利用內(nèi)置的校準(zhǔn)標(biāo)液和清洗溶液自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)和清洗。

中圖分類號(hào)：X703.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-5377（2016）06-0032-04

Application of New Microminiature & Multifunctional Treatment Device for Waste Liquid of Heavy Metal

CHU Yue-xi1， WANG Shen1， ZHANG Juan1， HE Jin-bao1， TANG Sheng-wei2， CHU Yue-hai1
（1.Maanshan City Huantai Environmental Protection Equipment Ltd， Anhui Maanshan 243000；2.Maanshan Iron and Steel Co.， Ltd， Anhui Maanshan 243003， China）

Abstract：The new microminiature & multifunctional treatment devices for waste liquids of heavy metal could aim at waste liquids of heavy metal generated from COD online monitoring device in treatment plants of chemical industries and domestic sewage， the containing heavy metals， such as Cr （Ⅵ）， Cr （Ⅲ）， Hg， Ag， etc.， and one or many kinds of industrial wastewater problems in the heavy sulphuric acid. The paper adopts technologies such as reduction-precipitation-filtering-solid residue collection and filtering neutralization， so as to achieve the effective effects in treatment of various heavy metals and to achieve the supernatant liquids to comply with the discharge standard.

Keywords：Cr； Hg； waste liquid of heavy metal； device； COD