電化學(xué)在銅冶煉廢水處理中的應(yīng)用與實(shí)踐

顧 瑞，劉 銳

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 引言

金隆銅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱金?。┳鳛橐患掖笮豌~冶煉企業(yè)，1997年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)產(chǎn)能陰極銅10萬(wàn)t/a，硫酸37.5 萬(wàn)t/a（折100%H2SO4，下同）。經(jīng)過(guò)不斷的挖潛改造和技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，目前已形成陰極銅45萬(wàn)t/a，硫酸120萬(wàn)t/a的生產(chǎn)規(guī)模［1］。隨著產(chǎn)能的提升，以及環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，原有廢酸、廢水處理系統(tǒng)很難滿足生產(chǎn)廢水處理的需要。電化學(xué)方法被稱為“環(huán)境友好”工藝，它主要是通過(guò)電子與廢水中的離子發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單［2］。為進(jìn)一步保證排水指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，采用電化學(xué)處理工藝，對(duì)廢水進(jìn)一步深度處理。

2 電化學(xué)廢水處理技術(shù)工作原理［3-5］

電化學(xué)法處理重金屬?gòu)U水，采用電能代替化學(xué)試劑，能夠同時(shí)去除水中的重金屬離子、固體懸浮物等其它多種污染物。電化學(xué)硅整流器通過(guò)給多塊鐵極板通入直流電，在極板之間形成電場(chǎng)，待處理的廢水流經(jīng)電極板的間隙。在電場(chǎng)中，鐵極板有一部分被電離消耗進(jìn)入廢水中。電場(chǎng)中的污染物被通電帶上電荷，與電場(chǎng)中電離的產(chǎn)物以及消耗進(jìn)入水中的鐵離子發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的固體顆粒，從水中沉淀分離出來(lái)。

電化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，在電場(chǎng)的作用下，電極板電離產(chǎn)生的金屬陽(yáng)離子在進(jìn)入水體時(shí)，有許多物理化學(xué)現(xiàn)象，從離子的產(chǎn)生到形成絮體包括三個(gè)連續(xù)的階段：

（1）在電場(chǎng)的作用下，鐵極板被電離進(jìn)入水體形成鐵的氫氧化物，起到“微絮凝劑”的作用；

（2）水中懸浮的顆粒、膠體污染物被“微絮凝劑”吸附包裹，失去穩(wěn)定性；

（3）失去穩(wěn)定性的污染物顆粒和微絮凝劑之間相互碰撞、接觸，形成肉眼可見的大絮凝顆粒。

以鐵電極板為例，電化學(xué)電極板間發(fā)生的主要反應(yīng)有：

陽(yáng)極（鐵極板）

在堿性環(huán)境下：

在酸性環(huán)境下：

另，電場(chǎng)中水被電解失去電子，生成氧氣

在陰極，水得到電子，生成氫氣

電化學(xué)法在處理廢水過(guò)程中具有多功能性，除了電化學(xué)電解反應(yīng)外，還有電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原、氣浮等作用。電極板間主要反應(yīng)過(guò)程如圖1所示。

圖1 電極板間主要反應(yīng)過(guò)程

3 金隆廢水處理工藝流程

3.1 金隆公司生產(chǎn)廢水組成

金隆公司生產(chǎn)廢水主要有煙氣凈化工段引出廢酸、脫硫引出液、以及各區(qū)域場(chǎng)面地坑收集水（統(tǒng)稱場(chǎng)面水）。不同來(lái)源廢水的成分、水量情況見表1。

表1 廢水水質(zhì)及水量情況 mg/L

3.2 不同廢水處理工藝流程

廢酸原液，主要是在硫酸煙氣凈化工段產(chǎn)生，酸度較高，且Cu、As、Zn、Pb、F等有害物質(zhì)含量較高；經(jīng)硫化工序、石膏工序、中和工序系統(tǒng)處理后的廢水中F含量在20mg/L左右，無(wú)法達(dá)到現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)要求。中和工序1、2系統(tǒng)出口廢水送入中和預(yù)處理工序5系統(tǒng)，通過(guò)添加硫酸鋁、消石灰漿液進(jìn)一步除F處理后，再進(jìn)入電化學(xué)系統(tǒng)前集水池（均化池）。

脫硫引出液，為鎂法脫硫系統(tǒng)引出廢液，呈堿性，Cu、As等重金屬含量相對(duì)較低，但鎂離子濃度較高；脫硫系統(tǒng)引出液直接進(jìn)入中和系統(tǒng)處理，通過(guò)添加硫酸亞鐵、電石渣漿液，經(jīng)曝氣氧化、絮凝沉降，脫除其中的Cu、AS、F后，再進(jìn)入電化學(xué)系統(tǒng)前集水池（均化池）。

場(chǎng)面水，指廠區(qū)各區(qū)域地坑收集水，廠區(qū)地面及廠房等由于煙塵沉降等原因，表層有較多的含重金屬粉塵，遇水后部分溶于水，導(dǎo)致水中重金屬含量超標(biāo)。根據(jù)廠內(nèi)各區(qū)域場(chǎng)面水性質(zhì)的不同，電解車間、酸庫(kù)區(qū)域的酸性場(chǎng)面廢水與呈堿性的脫硫引出液共同在中和工序3系統(tǒng)處理；其他區(qū)域中性廢水進(jìn)入場(chǎng)面水收集水池混合后，在中和預(yù)處理工序4系統(tǒng)通過(guò)添加硫酸亞鐵、電石渣漿液，經(jīng)曝氣氧化、絮凝沉降，脫除其中的Cu、AS、F后，再進(jìn)入電化學(xué)系統(tǒng)前集水池（均化池）。

中和廢水處理工藝所采用的電石渣+Fe2SO4化學(xué)沉淀法，藥劑投加很難隨水質(zhì)波動(dòng)而及時(shí)調(diào)整，藥劑需過(guò)量添加。一旦進(jìn)口廢水所含重金屬濃度過(guò)高、或藥劑添加量不足，均可能導(dǎo)致排水超標(biāo)。電化學(xué)廢水深度處理工藝，為外排廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供了保障［2］。不同來(lái)源的廢酸原液、脫硫引出液、場(chǎng)面水經(jīng)過(guò)初步處理后在均化池混合，其中絕大部分的Cu、As、Pb等重金屬離子已被脫除。再泵送至電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，確保排水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。廢水處理工藝流程見圖2。

圖2 廢水處理工藝流程

4 電化學(xué)廢水處理在金隆的運(yùn)行情況

（1）廢酸、廢水經(jīng)過(guò)初步處理后在均化池混合，其中絕大部分的Cu、AS、F等已被脫除，混合廢水進(jìn)入電化學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)電解反應(yīng)、曝氣氧化、絮凝沉降深度處理后，出水中Cu、AS等重金屬含量很低，且比較穩(wěn)定［6］。指標(biāo)優(yōu)于《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25467-2010）。電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)出口廢水廢水水質(zhì)情況對(duì)比，見表2、表3。

表2 電化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)口廢水水質(zhì) mg/L

表3 電化學(xué)系統(tǒng)出口廢水水質(zhì) mg/L

（2）電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要產(chǎn)生電力、極板、PAM的費(fèi)用消耗，無(wú)需添加其他藥劑，運(yùn)行穩(wěn)定、成本低。

（3）操作簡(jiǎn)單，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要可隨時(shí)開、停機(jī)。

（4）由于只通過(guò)消耗電力及鐵極板處理污染物，無(wú)需添加其他化學(xué)藥劑，產(chǎn)生污泥量較少。

（5）出水水質(zhì)穩(wěn)定，由于電化學(xué)進(jìn)口廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，Cu、AS等重金屬指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定、較低，再經(jīng)電化學(xué)深度處理，出水指標(biāo)穩(wěn)定，且優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)電化學(xué)廢水深度處理技術(shù)在金隆公司銅冶煉廢水處理系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)踐情況來(lái)看，電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)對(duì)于Cu、As、Pb等重金屬含量較低的廢水，處理效果良好，出水指標(biāo)優(yōu)于《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25467—2010）中的規(guī)定指標(biāo)，且指標(biāo)穩(wěn)定。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)中和廢水處理工藝，效率低、出水水質(zhì)不穩(wěn)定的缺陷。金隆公司廢酸、廢水來(lái)源及成分復(fù)雜，根據(jù)廢水成分、性質(zhì)的不同，采用不同工藝流程進(jìn)行分類處理，再通過(guò)電化學(xué)深度處理。在合理控制廢水處理成本的前提下，為金隆公司廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供了保障。