铁盐―石灰沉淀法在汨罗工业园重金属废水处理中的应用

本文主要介绍了石灰―铁盐沉淀法去除重金属污染物的机理、效果及影响因素，同时本文还介绍了石灰―铁盐沉淀法在汨罗工业园重金属污水处理工程中的应用，处理后的废水能达标排放，可回用到车间，产生较好的环境效益和一定的经济效益。

汨罗工业园主要从事废铝、废铜、废铅、废不锈钢等废旧金属的回收与加工，排放的污水中含镉、铬、铅、铜、锌等重金属污染物。汨罗工业园重金属污水提质处理工程采用铁盐―石灰沉淀法，对企业排入重金属污水收集管道的污水进行提质处理。

1.铁盐―石灰沉淀法的工作原理及主要影响因素

1.1铁盐―石灰沉淀法的工作原理

多数重金属氢氧化物的溶解度较小，铁盐―石灰法主要利用这一原理将污水中的重金属分离出来，达到净化污水的目的。铁盐对不同重金属离子的去除原理不同，去除镉时铁盐起到共沉剂的作用；去除六价铬时铁盐则作为还原剂，使六价铬还原为三价铬，因此只能用二价铁盐；去除其它重金属时主要起到絮凝剂的作用。

1.1.1 除镉原理 用铁盐―石灰法去除污水中的Cd2+，加铁盐作共沉剂是使其达标的方法之一。铁盐―石灰法除镉主要反应过程如下：

Cd2+ + 2 OH― Cd(OH)2

Fe2+ + 2 OH― Fe(OH)2（共沉）

1.1.2 除铬原理 含六价铬的污水宜优先回收铬，只有在含铬量较低、回收困难或成本过高时，才采用化学法处理。化学法处理是先将六价铬还原成三价铬．然后调到适当的pH值使三价铬生成Cr(OH)3后沉淀除去。铁盐―石灰法除铬主要反应过程如下：

3Fe2+ + Cr6+ 3Fe3+ + Cr3+

Cr3+ + 3 OH― Cr(OH)3

Fe3+ + 3 OH― Fe(OH)3（共沉）

1.1.3 除铅、铜、锌原理 铅、铜、锌等重金属离子与OH―反应，形成金属氢氧化物。Fe2+与OH―反应，形成Fe(OH)2沉淀，起到共沉剂的作用。

Pb2+ + 2 OH― Pb(OH)2

Cu2+ + 2 OH― Cu(OH)2

Zn2+ + 2 OH― Zn(OH)2

Fe2+ + 2 OH― Fe(OH)2（共沉）

1.2 pH值对处理效果的影响

在实际应用中，因Cr、Cd、Pb、Zn、Cu的金属氢氧化物具有两性，Cr(OH)3、Zn(OH)2为两性氢氧化物，Cd(OH)2、Cu(OH)2呈较弱的两性（偏碱）。pH值超过特定值之后，沉淀物可发生再溶，且随着碱性的增大，其溶解度也直线增加。去除废水中的重金属时，控制pH值、确保产生的金属氢氧化物不发生再溶是关键。《水处理工程师手册》（化学工业出版社，唐受印等编）中给出了各种金属氢氧化物沉淀析出及加碱溶解的pH范围。

汨罗工业园重金属污水涉及的两性金属析出及溶解的pH范围见表1。

表1：某些金属氢氧化物沉淀析出及溶解的pH范围

2.项目处理工艺的设计

2.1处理工艺流程

根据园区污水的重金属成分及相应的析出和溶解pH范围，汨罗工业园重金属废水采用三级沉淀，一、二、三级中和沉淀的pH值分别控制在8.5、9.5和10.5。一级沉淀的pH值控制在8.5，主要用于去除Cr3+、Cu2+；二级沉淀的pH值控制在9.5，主要用于去除Zn2+、Pb2+；三级沉淀的pH值控制在10.5，主要用于去除Cd2+。

2.2工艺叙述

2.2.1 调节池 主要用于调节水质，同时使废水中的泥沙等能够得到有效的沉淀和收集。调节池采用折流式。调节池安装液位控制器，控制泵的运行。

2.2.2 中和反应池 一、二、三级中和反应池的pH值逐级提高。每级中和反应池设定固定的pH控制值，在各级中和反应池出口处设置pH自动控制仪，检测信号经PID调节器运算（与pH设定值比较）后送石灰乳管路上的电磁阀，通过控制阀门的开启度来控制石灰乳的投加量，达到精确控制pH的目的。

2.2.3 混凝沉淀池 混凝沉淀在平流沉淀池内完成，混凝土在提升管道内开始，在混凝池中完成；沉淀在平流沉淀池完成；反应池出水经泵提升进入混凝槽，凝聚剂采用PAC，投加采用泵自动前吸人的方式；絮凝剂采用PAM，在提升管末段加入，由加药泵投加。

2.2.4 过滤 许多粒径细微的沉淀颗粒经过沉淀池沉淀后，并不能去除。前一级的沉淀物进入下一级后，在较高的pH环境下，会发生再溶。提高每级的沉淀物的去除率，是确保污水最终达标排放的关键因素。因此，在每级絮凝沉淀池后增加过滤工序，进一步加强处理效果，提高每级处理工序的沉淀物去除率，同时也为出水的回用打下坚实基础，否则处理后需要外排到其他废水中进一步处理，增加处理成本。

2.2.5 尾水回用系统 由清水池、液位控制器、变频装置、泵、管道组成，定时对出水回用。

3.工艺与构筑物设计

汨罗工业园重金属污水提质处理工程远期设计处理规模2.0×104m3/d，近期规模1.0×104m3/d。各建构筑物土建规模远期规模设计，设备按照近期工程规模配置。

3.1调节池

调节池设计有效容积大小4200m3，采用折流式，钢筋混凝土地下结构，用隔板分成5格，最后一格的后部分设置提升泵，并设置液位控制器来控制提升泵的开停。

3.2中和反应池

一、二、三级中和反应池大小均为9.4×7.4×3.0（H）m，钢筋混凝土地下结构，内表面贴麻石防腐，反应池有效容积139m3。中和反应池内设置pH控制仪、搅拌器、提升泵。

3.3混凝沉淀池

在平流沉淀池前段设置混凝区，废水在混凝区的水流停留时间为10min。混凝区的有效容积为70m3。

3.4过滤与吸附池

设计废水过滤速度为6m/h，过滤池大小为φ3.4m×9m。

4.结论与建议

根据各种重金属的最佳沉淀pH值，在重金属沉淀物生成段采用分段操作，分别设定适宜的操作pH值，有利于含重金属废水的处理。

采用铁盐―石灰法沉淀反应、混凝沉淀、过滤的处理工艺处理汨罗工业园重金属废水是可行的。

汨罗工业园重金属废水经过合适的处理工艺处理后能回用到生产中去。尾水的回用减少了废水的排放，产生环境效益的同时，又有一定的经济效益。

参考文献

[1] 魏先勋. 环境工程设计手册[M]. 长沙：湖南科学技术出版社，2002.

[2] 唐受印，戴友芝. 水处理工程是手册[M]. 北京：化学工业出版社，2000.

（作者单位：湖南省国际工程咨询中心湖南长沙410016）