鋼鐵冶金燒結(jié)煙氣脫硫含鉈廢水的研究

孫亞男

（呂梁市生態(tài)環(huán)境局，山西 呂梁 033000）

0 引言

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，冶金燒結(jié)煙氣會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，通常采用脫硫液體對(duì)其進(jìn)行處理，這些液體雖然在脫硫效果上較為優(yōu)異，但同時(shí)也產(chǎn)生了一定量的含鉈廢水，如不及時(shí)處理，容易造成地表水重金屬鉈濃度超標(biāo)，其污染問題仍然不容忽視[1-2]。針對(duì)含鉈脫硫廢水中水質(zhì)波動(dòng)大、干擾因素多和去除率要求高等現(xiàn)狀，需要進(jìn)一步研究開發(fā)具有創(chuàng)新性的含鉈廢水處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)污染物的高效去除。

1 項(xiàng)目概況

某鋼鐵冶金企業(yè)擁有3 臺(tái)燒結(jié)面積為360 m2的燒結(jié)機(jī)設(shè)備。在該廠實(shí)際運(yùn)行過程中，由于鐵礦石和煤炭中均含有一定量的硫化物，因此，在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的SO2和粉塵問題均較為突出。為解決此問題，該廠使用濕法脫硫工藝對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行處理，并在濕法脫硫工藝末端增加廢水處理措施，以實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫廢水的處理。但從實(shí)際運(yùn)行情況來看，該廠既有的廢水處理工藝僅能去除常規(guī)的鉛、鋅等重金屬污染物，對(duì)于鉈的去除效果較差，導(dǎo)致該廠周邊地表水中鉈離子含量長(zhǎng)期超標(biāo)。對(duì)此，該廠技術(shù)部門研究決定，采用混凝強(qiáng)化ZTI 重金屬捕集法對(duì)既有的廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 含鉈廢水處理工藝流程

結(jié)合實(shí)際需要并參考已有研究文獻(xiàn)，優(yōu)化含鉈廢水處理工藝流程[3-4]，如圖1 所示。

圖1 含鉈廢水處理優(yōu)化工藝整體流程圖

在本次含鉈廢水的處理過程中，首先，將燒結(jié)脫硫廢水送入平流沉淀池進(jìn)行處理，除去顆粒物和結(jié)晶體等雜質(zhì)，并對(duì)其溫度和pH 值進(jìn)行初步調(diào)整。然后，將初步處理后的廢水送入反應(yīng)系統(tǒng)，投加ZTI 重補(bǔ)劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成的水進(jìn)入到物化沉淀池和高效過濾器做進(jìn)一步深度處理。將深度處理完成的廢水排放至清水池，而反應(yīng)剩余的污泥則進(jìn)入到壓濾機(jī)中脫水，并將泥餅外運(yùn)處置。

基于該流程，研究人員進(jìn)一步開展以下研究工作。

一是進(jìn)行ZTI 重補(bǔ)劑的自主制備。本次采用改良型DTC 重金屬捕集劑ZTI，由尿素和堿性物質(zhì)、直鏈小分子胺類物質(zhì)、SO2和表面活性劑等混合制備而成，各組分的比例如圖2 所示。

圖2 本次重金屬捕集劑ZTI 的組分

從理論角度分析，由于本次自主研發(fā)設(shè)計(jì)的重金屬捕集劑ZTI 將傳統(tǒng)二硫代氨基甲酸鹽（DTC）類重金屬捕集劑與陰離子表面活性劑復(fù)配。因此，這種設(shè)計(jì)能夠降低水溶液的表面張力，對(duì)重金屬離子進(jìn)行選擇性吸附，兩者共同作用捕捉重金屬生成螯合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉈離子的高效處理。

二是設(shè)定運(yùn)行策略?？紤]到實(shí)際需要，本次設(shè)置將重金屬捕集劑ZTI 原液稀釋10 倍，以10%的濃度投加以進(jìn)行廢水處理。同時(shí)，在投加過程中，利用低流量高揚(yáng)程的小型離心泵，將稀釋完成后的ZTI 重捕劑從加藥箱中輸入到沉淀反應(yīng)池的進(jìn)水管道，再利用加藥管道內(nèi)的紊流和離心泵葉輪的剪切力，實(shí)現(xiàn)ZTI 重捕劑與沉淀反應(yīng)池進(jìn)水的充分混合。

三是對(duì)相關(guān)構(gòu)筑物進(jìn)行改造。首先，針對(duì)該廠廢水水質(zhì)波動(dòng)情況較為突出的現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有調(diào)節(jié)池進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)原調(diào)節(jié)池進(jìn)行加高處理，以承載更多的調(diào)節(jié)藥劑，加高處理后的調(diào)節(jié)池尺寸變更為225.0 m×5.3 m×5.0 m，仍采用鋼砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，對(duì)壓濾車間進(jìn)行改造，將其調(diào)整為三層結(jié)構(gòu)（見圖3），以實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥水分的充分處理。再次，在清水池上增設(shè)化驗(yàn)室、中控室、配電間和鼓風(fēng)機(jī)房等運(yùn)行模塊，以上4 個(gè)運(yùn)行模塊均采用框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與布置。

圖3 三層壓濾結(jié)構(gòu)示意圖

四是對(duì)本次含鉈廢水處理所使用的部分設(shè)備進(jìn)行更換或調(diào)整。首先，將沉淀池的攪拌機(jī)械設(shè)備進(jìn)行更換，選用具有變頻調(diào)速功能的碳鋼防腐攪拌機(jī)，共計(jì)配置4 臺(tái)，所有設(shè)備規(guī)格相同，均為1.5 kW。其次，針對(duì)廢水提升泵和冷卻塔提升泵進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，均設(shè)計(jì)為3 臺(tái)，采用“2 用1 備”的方式進(jìn)行布置。第三，針對(duì)投加重金屬捕集劑ZTI 稀釋液的實(shí)際需要，在加藥系統(tǒng)中配置8 套加藥設(shè)備，每套設(shè)備均由2 臺(tái)加藥泵、1 臺(tái)溶藥攪拌機(jī)和1 套加藥管道組成，同時(shí)配備型號(hào)為3 t 的電動(dòng)葫蘆等輔助設(shè)備。

3 應(yīng)用效果測(cè)試

在本次含鉈廢水處理工藝設(shè)計(jì)完成后，對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行測(cè)試。本次測(cè)試主要分析廢水中鉈的去除率，該指標(biāo)基于如下方程進(jìn)行計(jì)算：

式中：ρ0和ρ1分別為廢水中鉈的初始質(zhì)量濃度和處理后的鉈濃度，μg/mL。

為進(jìn)一步提升檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次同時(shí)配置含鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液用于檢測(cè)。在此環(huán)節(jié)中，首先量取鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/ml）0.2 mL，并定容于50 mL 容量瓶中，以制備質(zhì)量濃度為4 mg/L 的含鉈離子母液。在得到母液后，分別取母液體積為0.625 mL、3.125 mL、10 mL、12.5 mL 和37.5 mL，均分別在50 mL 容量瓶中進(jìn)行定容，以分別獲得質(zhì)量濃度為0.05 mg/L、0.25 mg/L、0.8 mg/L、1 mg/L 和3 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。在配置完成后，使用電感耦合等離子質(zhì)譜儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，獲得元素標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖4 所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

從該標(biāo)準(zhǔn)曲線圖中可見，該標(biāo)準(zhǔn)曲線近乎線性。對(duì)此，應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，該線性回歸方程為y=0.011 2x+0.007 1，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 9，擬合程度較優(yōu)，可進(jìn)一步開展后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析。

由此，選取技術(shù)改造前和改造后各自一個(gè)周期，對(duì)含鉈廢水的處理效果進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果如表1 所示。

表1 含鉈廢水處理效果對(duì)比分析 單位：mg/L

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)可見，在應(yīng)用本次含鉈廢水處理技術(shù)后，廢水中的鉈離子含量顯著降低，能夠滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13456—2012）的相關(guān)要求。同時(shí)，其他重金屬離子濃度并未出現(xiàn)升高，表明本次含鉈廢水處理技術(shù)基本取得了預(yù)期效果。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)督評(píng)估，結(jié)果顯示，本次工藝新增的構(gòu)筑物對(duì)占地的要求不高，整套工藝對(duì)管理及操作人員的技術(shù)水平要求不高，可以在不增加過多投資和運(yùn)行費(fèi)用基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)脫硫含鉈廢水達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)語

在本次研究中，基于鋼鐵廠含鉈廢水的處理目標(biāo)，采用混凝強(qiáng)化ZTI 重金屬捕集法，針對(duì)鋼鐵冶金燒結(jié)脫硫廢水中的鉈離子進(jìn)行有效去除。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，該方法能有效去除鉈離子和其他主要重金屬離子，且不溶物沉淀速度較快，易于固液分離，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可推廣應(yīng)用。