冶金废水资源及其利用

Posted 2023-01-12 金属

篇首语：一等二靠三落空，一想二干三成功。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了冶金废水资源及其利用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章主要介绍了冶金废水的分类和组成，综述了对冶金废水处理和利用的方法，分析了冶金废水资源化利用的意义，并对其发展趋势进行了预测。
1.冶金废水概述
冶金工业包括黑色冶金工业(钢铁工业)和有色冶金工业两大类。冶金工业产品繁多，生产流程各成系列，排放出大量废水，是污染环境的主要废水之一。冶金废水的主要特点是水量大、种类多、水质复杂多变。按冶炼金属的不同，冶金废水可以分为钢铁工业废水和有色金属工业废水；按废水来源和特点分类，主要有冷却水，酸洗废水，除尘和煤气、烟气洗涤废水，冲渣废水以及由生产工艺中凝结、分离或溢出的废水等。
(1)钢铁工业废水
钢铁工业用水量很大，每炼1t钢，约用水16t。2010年，全国钢铁工业废水排放量为24.94亿t，约占全国工业废水排放总量的10.5%。钢铁废水主要包括矿山废水、选矿厂废水、烧结厂废水、焦化厂废水、炼铁厂废水、炼钢厂废水、轧钢厂废水等，上述废水中主要含有酸、碱、酚、氰化物、石油类及重金属等有害物质，若不经处理外排，将会加重环境污染负荷，导致环境的恶化。
太原钢铁集团有限公司是以生产板材为主的特大型钢铁联合企业和全球最大的不锈钢生产企业。目前太钢厂区废水年排放量为990万m3，年排放总盐量为1914.66万t，其水质分析数据见表1。采用“预处理+膜处理+浓缩蒸发结晶"的工艺方案，将这部分浓盐水收集并进行处理，达到全厂废水零排放的目标。

(2)有色金属工业废水
有色金属冶炼包括除铁、铬、锰以外的冶炼。有色冶金工业废水中含有多种重金属，是水体金属的主要来源。2010年，全国有色冶金废水排放量为7.3亿t，其中有色金属矿产资源开发利用过程中排放的废水量约占全国工业行业废水排放总量的3%。
按冶炼金属性质不同，冶炼废水可分为重有色金属冶炼废水、轻有色金属冶炼废水和稀有有色金属冶炼废水。根据废水中所含污染物质的主要成分，有色金属冶炼废水可分为酸性废水、碱性废水、重金属废水、含氟废水、含氰废水、含油类废水和含放射性废水等。由于有色金属种类繁多，矿石原料品位贫富有别，冶金技术先进落后并存，生产规模大小不同，所以生产单位产品的排污水量及水质的差别很大。文章主要以甘肃金昌金川集团和广西银亿集团为例，说明对冶金废水进行资源化处置的意义。
2.冶金废水处理及利用的基本方法
冶金工艺过程排放的废水成分复杂、污染物含量高，部分杂质元素含量超过工艺要求难以循环利用，而直接外排会给环境造成较大影响，因此冶金废水的处理和回用成为冶金企业可持续发展和治理环境污染的关键所在。
(1)物理处理法
物理处理法是依靠重力、离心力、机械拦截等作用去除水中杂质或者按照废水中污染物的沸点和结晶点的差异特性净化废水的方法。物理处理法是最常用的一类净化治理工业污水的技术，经常作为污水处理的一级处理或预处理。根据其原理不同，有沉降与气浮、拦截与过滤、离心分离以及蒸发浓缩等常用方法。
(2)化学处理法
化学处理法是通过向被污染的水体中投加化学药剂，利用化学反应来分离和回收废水中的胶体物质和溶解性物质等，从而回收其中的有用物质，降低废水中的酸碱度、去除金属离子、氧化某些有机物等。化学法操作技术容易实现，水量大时可以采用大型设备进行自动化操作。化学法包括中和法、化学沉淀法、化学混凝法和氧化还原法等。
(3)物理化学处理法
物理化学处理法是利用物质从一相转移到另一相的传质过程来分离污水中的溶解性物质，回收其中的有用成分，从而使污水得到治理的方法。当需要从污水中回收某种特定的物质或是当工业污水中含有有毒有害且不易被微生物降解的物质时，采用物理化学处理法最为适宜。常用的物理化学处理法有吸附法、萃取法、电解法和膜分离法。
(4)生物处理法
生物处理法是利用自然界中存在的微生物，利用微生物的代谢作用，将污水中有机杂质氧化分解，并将其转化为无机物的功能，要采取一定的人工设施，创造出适合微生物生长繁殖的环境，加速微生物及其新陈代谢的生理功能，从而使有机物得以降解、去除。生物处理法根据微生物的生长环境可分为好氧生物处理和厌氧生物处理；根据微生物的生长方式可以分为活性污泥法和生物膜法。生物处理法具有费用低、便于管理等优点，是目前处理有机污染废水的主要方法。
3.黑色冶金过程中的废水处理与利用[5-8]
钢铁工业废水主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却水、烟气洗涤和场地冲洗等。钢铁冶金废水的特点是：废水量大，污染面广；废水成分复杂，污染物质多；废水水质变化大，处理难度大。钢铁废水主要包括焦化污水、高炉煤气洗涤废水、炼钢烟气除尘废水、轧钢废水等。
焦化污水中含有高浓度的酚和其他污染物，因为酚是一种重要的化工原料，必须在进行预处理后，进行酚的回收。焦化污水预处理的目的是去除水中的苯、焦油等生化处理有害的物质，通常包括水的均和、吹脱、除油。除油主要采用重力沉降法和过滤法。酚的回收较常用的方法是溶剂萃取法和汽提法。萃取法的主要优点是处理量大、脱酚效率高。
蒸汽脱酚法是利用水酚间的沸点差加热，将污水中的挥发酚蒸发到蒸汽中，然后用氢氧化钠溶液与蒸汽中的酚作用生成酚钠而进入液相。脱酚处理后的污水仍需进行二级生化处理，一般采用活性污泥法，但其COD仍在300mg/L～700mg/L，不能满足排放要求，是目前冶金废水处理的一个难题。
高炉煤气洗涤废水是炼铁厂的主要废水，每生产1t铁会产生约3m3～20m3废水，其中主要污染物是烟尘、无机盐及少量的酚、氰等，其处理目的主要是达到水的回用。目前我国多数大型炼铁厂在废水中投加混凝剂，沉淀池采用辐流式，沉淀污泥经过浓缩和过滤脱水后成为滤饼，可作为烧结原料。处理后的废水可循环使用。
炼钢烟气除尘废水主要含有大量的悬浮物，如一般中型氧气顶吹转炉烟气净化废水中悬浮物含量可高达3000mg/L～20000mg/L。悬浮物的主要成分是铁、钙、硅和镁的氧化物。处理炼钢烟气除尘废水主要采用自然沉降、絮凝沉降和磁力分离。轧钢废水分为热轧废水和冷轧废水。热轧废水中的主要污染物是氧化铁皮、悬浮物和油类。热轧废水的处理主要采用药剂混凝沉淀以除去悬浮物和油类，经过冷却后循环使用。冷轧废水主要污染物包括悬浮油、乳化油两类。悬浮油采用刮油机装置即可除去。对于含有乳化油的废水首先必须破乳，然后浮选去除油类。常用的破乳方法有加热法、pH值调节法、加药凝聚法以及超声波法。
4.有色冶金及稀有金属冶金废水处理及利用
有色冶金废水的来源为设备冷却水、冲渣水、烟气净化系统废水及湿法冶金过程排放或泄漏的废水，其中后两者是重点治理对象。
(1)重有色金属冶炼废水处理方法
重有色金属冶炼废水的处理常采用石灰中和法、硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法、氧化还原法、膜分离法以及生化法等。这些方法可以根据水质和水量单独或者组合使用。
中和法是向含重有色金属离子的废水中投加中和剂(石灰、石灰石、碳酸钠等)，使金属离子与氢氧根反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，再加以分离除去。硫化物沉淀法是向废水中投加硫化钠或者硫化氢等硫化剂，使金属离子与硫离子反应生成难溶的金属硫化物，分离除去。该法的优点是可分步沉淀金属离子，且适应pH值范围大；其缺点是硫化钠价格高，处理过程中产生硫化氢气体易造成二次污染，另外，生成的细小金属硫化物不易沉降。
还原法是投加还原药剂，将废水金属离子还原为金属单质析出。常用的还原剂有铁屑、铜屑、锌粒和联胺等。含铜废水的处理可采用铁屑过滤法，铜离子被还原后沉积于铁屑表面而加以回收。含汞废水可采用钢、铁等金属还原法，废水通过金属屑滤床或与金属粉混合反应，置换出金属汞而与水分离。
(2)轻有色金属冶炼废水处理方法
铝冶炼废水除氟途径有两种，一是从含氟废气的吸收液中回收冰晶石；二是对没有回收价值且浓度较低的含氟废水进行处理，除去其中的氟。含氟废水处理方法有混凝沉淀法、吸附法、离子交换法、电渗析法及电凝聚法等，其中混凝沉淀法应用较为普遍。按使用药剂的不同，混凝沉淀法可以分为石灰法、石灰—铝盐法、石灰—镁盐法等。吸附法一般用于深度处理，即先把含氟废水用混凝沉淀法处理，再用吸附法作进一步处理。
(3)稀有金属冶炼废水处理方法
稀有金属和贵金属种类繁多，原料复杂，不同生产过程产生的废水均有差别，因此处理和回收工艺要注意针对废水的特点，因地制宜采取相应的方法。在用氰化法提取黄金时会产生大量的含氰废水，废水中含氰化物约1600mg/L～2000mg/L，含铜离子约300mg/L～700mg/L，含硫氰根约600mg/L～1000mg/L。研究工作者结合潼关县小口金矿冶炼厂的生产实际，采用废水酸化—沉淀—碱中和工艺对含氰废水进行处理。研究结果表明，该工艺在除去废水中的杂质离子的同时，回收了有价金属铜，使氰化物返回系统，降低了氰化物消耗。按年处理矿产量1000t，年处理含氰废水12000m3计算，采用该工艺科节约水处理成本26万元左右，回收铜1.2kg/m3，年增加效益60万元左右，实现了环境效益，社会效益和经济效益的统一。
5.冶金废水资源化利用的意义和发展趋势
随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。工业废水的处理虽然早在19世纪末已经开始，并且在随后的半个世纪进行了大量的试验研究和生产实践，但是由于许多工业废水成分复杂，性质多变，至今仍有一些技术问题没有完全解决。而寻求新型高效可靠的废水处理工艺是解决工业废水处理切实可行的道路。冶金废水治理发展的趋势是：
1)发展和采用不用水或少用水及无污染或少污染的新工艺、新技术，如用干法熄焦，炼焦煤预热，直接从焦炉煤气脱硫脱氰等。
2)发展综合利用技术，如从废水废气中回收有用物质和热能，减少物料燃料流失。
3)根据不同水质要求，综合平衡，串流使用，同时改进水质稳定措施，不断提高水的循环利用率。
4)发展适合冶金废水特点的新的处理工艺和技术，如用磁法处理钢铁废水，具有效率高，占地少，操作管理方便等优点。