新型微小型多功能重金属废液处理装置的应用

储岳喜，王 慎，张 娟，何金保，唐胜卫，储岳海

（1.马鞍山市桓泰环保设备有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243003）



新型微小型多功能重金属废液处理装置的应用

储岳喜1，王 慎1，张 娟1，何金保1，唐胜卫2，储岳海1

（1.马鞍山市桓泰环保设备有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243003）

摘 要：新型微小型多功能重金属废液处理装置可针对目前化工行业、生活污水处理厂COD在线监测设备产生重金属废液及特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金属及浓硫酸中的一种或多种工业废水处理问题，采用还原-沉淀-过滤-收集固态滤渣、滤液中和等工艺，达到有效的处理各种重金属的效果，上清液达标排放。

关键词：铬；汞；含重金属废液；设备；化学需氧量

1 国内重金属废液处理现状

国家“十二五”规划明确提出，到2015年，国家重点区域重点重金属污染物（铅、汞、镉、铬和砷）的排放量比2007年降低15%。目前，环保部门正委托相关科研院所开展涉重金属污染企业“产排污系数”课题研究，将结合既有的国家主体功能区划及相关产业政策、环保政策，为通过工业废气排放到环境中的汞、铬、镉、铅和类金属砷等重金属污染物的总量控制指标分解到企业奠定技术基础，并将在启动《重金属污染综合防治“十二五”规划》中期评估前，为其提供考核依据。

在工业生产中，皮革制造、金属表面处理、炼钢等行业会产生大量含有重金属的废液，但这些排污企业都在环保监测的范围内可以进行实时监督。而遍布各个城市的环保监测点和化学实验室在日常工作中也会产生一些有剧毒的重金属废液，如COD在线监测设备和各市环境监测站的实验室，每天都要做大量的COD检测比对试验，就会产生一些含有高量铬、汞、银的化学废液。目前市场上还没有专门针对这类型废液的小型处理设备，所以实验室对于含有重金属废液的处理办法还是手工处理方式，如对几种常见重金属的实验室处理方法：

（1）含汞废弃物的处理

将废液调至pH8～10后加入过量硫化钠，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亚铁作为共沉淀剂，生成的硫化铁沉淀可将硫化汞微粒吸附沉淀，然后静止分离，清液可排放，残渣可用焙烧法回收汞或制成汞盐。

（2）铅、镉

用碱将废液pH调至8～10，生成Pb（OH）2和Cd（OH）2沉淀，再加入硫酸亚铁作为共沉淀剂，沉淀物可与其他无机物混合进行烧结处理，清液排放。

（3）铬

含铬废液中加入还原剂，如硫酸亚铁、亚硫酸钠、铁屑，在酸性条件下将六价铬还原成三价铬，然后加入碱，如氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠等，使三价铬生成Cr（OH）3沉淀，清液可排放。沉淀干燥后可用焙烧法处理，使其与煤渣一起焙烧，处理后可填埋。

由此可以看出，实验室手工处理含重金属废液耗时、耗力、效率不高，尤其是自然沉淀阶段过程很慢，固液分离手工操作差别会很大，并且在操作过程中可能会对实验员造成接触性伤害。如果有一台专用的处理设备，就可以先将这些废液集中收集到一定量后送入设备进行一并处理，既可解放人力确保安全，又能快速高效。

新型微小型多功能重金属废液处理装置正是基于这些需求而研发，可用于处理实验室产生的含铬、汞、银、铅、镉等对人体有害的重金属化学废液和COD在线监测设备所产生的废液。单次处理量100～1000mL，每次处理时间10～15分钟，处理后上清液中的重金属含量可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）第一类污染物最高允许排放浓度（见表1）。

表1 第一类污染物最高允许排放浓度（GB8978-1996）

举例来说，一台哈希COD在线监测设备每个月产生5～6L的废液，根据哈希药剂配方，按照正常设备工作流程，理论上COD废液中的汞离子含量约为9.7g/L，银离子含量约为1.21g/L，总铬含量约为3～4g/L。如果不经过化学方法将重金属离子沉淀并收集，想达到汞离子0.05mg/L的排放标准，废液需要稀释20万倍才能排放。一台设备每月产生废液5L，若一个城市的COD装机量为100套，则每年会产生废液6吨，需要120万吨的水来稀释。稀释后的废水中的重金属离子仍然会在自然界中不断富集，而普通污水处理厂的处理工艺对这些重金属离子无法达到理想的处理效果，这些得不到及时有效处理的废水排放到江河湖海或用于灌溉农田，最终会严重危害人体健康。COD检测废液中还含有大量有剧毒及腐蚀性的六价铬，接触多可能会引发癌症。

该设备处理COD在线监测废液的化学工艺为：首先向废液中加入过量的亚铁还原剂，将其中剧毒的六价铬全部转化为低毒的三价铬，随后向溶液中加入强碱溶液，使其中的三价铬、汞离子、银离子和铁离子形成固态化合物，然后加入适量絮凝剂将这些离散的固态化合物形成絮凝团，经过初级过滤将其收集起来，过滤后的液体经过0.1微米的二级过滤系统，将其中少量微小颗粒物进行滤除，最终上清液进入到中和桶中，调节pH值到6～9后正常排放。经初级过滤系统收集的重金属沉淀絮凝物可送到附近的危废处理中心进行安全填埋，也可做为水泥砖的辅料将其固化。这样就可以保证这些重金属不会再进入到自然界中被动植物或人体所接触。实验证明，该设备对于少量高度的重金属化学废液有很好的处理效果。

2 相关技术参数

新型微小型多功能重金属废液处理装置设备的处理对象为：含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag及强酸性浓硫酸废液；处理方法为：还原 - 沉淀 - 过滤 - 收集固态滤渣、滤液中和排放；处理结果执行《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）。有关参数见表2。

表2 新型多功能处置设备效果

一般维护周期每月一次，每次约30min；试剂和耗材消耗成本小于5元/L样品； 输出RS-232，4-20mA（选配）；环境要求在温度可调的室内，建议温度5℃～28℃，湿度≤90%（不结露）；电源AC230±10%V，50±10%Hz，5A；设备尺寸高1280× 宽930×深660（mm）。其他：异常报警和断电不会丢失数据；触摸屏显示及指令输入；异常复位和断电后来电，自动恢复工作状态继续先前的步骤。

3 应用

该设备可应用于钢铁、电力、冶金、化工原料等各种工业及生活污水处理厂COD在线监测产生的废液，也可应用于特定含Cr（Ⅵ）、Cr（Ⅲ）、Hg、Ag等重金属及浓硫酸中的一种或多种工业废水处理应用中，也可以根据用户实际需要处理的废液成分，对药剂配方进行调整变动。

4 设备的工作系统

4.1 处理系统

该设备整机处理系统的工作原理见图1。

图1 整机处理系统工作原理

5个试剂瓶中装有待处理的化学废液和处理过程中所需的几种反应试剂，5种试剂情况见表3。

表3 试剂情况

系统运行流程为：蠕动泵1按照一定的顺序分别将几个试剂瓶2中的试剂逐次定量（按照一定的配比）抽取到反应容器3中进行混合反应，反应期间由空气泵10向反应池持续鼓气以促进反应充分，反应过后生成的含有固体颗粒物的混合液经电磁阀9排放到过渡容器11，过渡容器11中的混合液经计量泵7进行定量抽取至过滤器4中，过滤系统包含高低两级精度过滤器，过滤器的两端接有手动球阀开关5，当过滤器4出现堵塞需要更换时就关闭手动球阀开关5，以防更换过滤器4时管道中液体流出，过滤器4与计量泵7之间接有压力传感器6，当过滤器4出现堵塞时压力会升高，压力传感器6检测到系统压力上升到设定值时会反馈给电气系统，然后更换滤芯4，过滤后的液体进入中和容器12，中和容器12内部装有液位传感器13和pH计14，当传感器13检测到液位达到设定值后，pH计14向系统反馈所检测到得pH值，如果pH值达标，即可开启电磁阀16进行排放，如果pH值不达标，即可开启蠕动泵1抽取试剂瓶2中的试剂进行中和，中和过程中空气泵10持续向中和容器12鼓气，以使中和反应充分，当pH计14向系统反馈所检测到得pH值达标后即停止中和过程，并开启电磁阀15进行排放。整机处理系统结构见图2。

图2 整机处理系统结构

该设备的功能通过以下技术方案实现：1）通过集成式蠕动泵实现各种反应试剂的定量配比，加药反应时间通过蠕动泵的转速调配和颜色传感器确定；2）通过前后两级精度过滤，实现将反应过程中的污染物颗粒进行有效取出，方便收集固体颗粒物；3）通过过渡（沉淀）容器和各试剂瓶安装液位报警开关进行溢满和试剂缺失报警；4）通过触摸屏参数设定每次处理量的大小，可灵活控制废液处理设备的处理量和处理效率；5）通过pH传感器监控中和容器中液体的pH值以及和中和反应是否完全，以保证达标排放；6）通过PLC控制系统，触摸屏模块和检测报警系统实现各种废液的一键式操控。

4.2 电气器件

PLC在电气系统中是控制电气设备的核心部件，因此PLC的控制性能是关系到整个控制系统是否正常、安全、可靠、高效运行的关键所在。该设备采用进口西门子PLC和西门子触摸屏等控制元器件，性能稳定，操作简便，减少了环境干扰和设备故障。

4.3 设备的特点

1）该设备基于创新工艺流程而研发，能快速、有效处理含有有害金属离子的多种化学废液，填补了该领域的自动化控制水处理设备行业空白，具有集约、高效的优势；2）实现了处理过程各阶段的全程自动化检测和监控，对反应过程中的意外情况可以做出预警；3）该设备结构简单，易于维护，处理周期短、效率高；配置了智能化控制触摸屏，操作简单，只需轻轻一点即可完成工作，处理进度、系统压力、液位、pH值等参数实时显示在触摸屏上，设备工作情况一目了然；4）采用两级过滤，可以将反应过程中产生的固体颗粒物完全滤除，不会产生二次污染；5）结构简单、易于操作，可通过触摸屏真正实现一键式处理。

4.4 处理步骤

1）开启蠕动泵1抽取稀释液用新的水样冲洗测量水样、试剂体积的容器和消解试管；2）开启蠕动泵进样，水样并不直接与蠕动泵管接触，在泵管和水样间有一个空气缓冲区，进样的体积由一可视测量系统控制；3）开启蠕动泵投加试剂（硫酸汞、重铬酸钾、硫酸包括催化剂），试剂的体积也由可视测量系统控制；4）通过鼓泡混合水样和试剂；5）拧紧消解试管盖后，由加热金属丝将溶液加热至175℃，消解时间由测量系统自动控制；6）溶液冷却后，由蠕动泵排出溶液；7）在用户自定义的测量周期中，分析仪会利用内置的校准标液和清洗溶液自动进行校准和清洗。

中图分类号：X703.3

文献标志码：A

文章编号：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