張宏偉，楊洪才，岳 智

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

某公司擬1 座投資新建的污水處理廠。 該廠接納的污水為經(jīng)企業(yè)處理后滿足《銅、鈷、鎳工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25467-2010)、《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 25466—2010)、《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30770—2014)3 個標(biāo)準(zhǔn)中最高排放限值要求的出水。該污水中含有汞、烷基汞、鎘、砷、鉛、鉻等多種重金屬。為使該廠出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物排放限值要求，需尋求一種穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的污水處理工藝。本文提出采用納米零價鐵工藝處理重金屬污水的方法，并通過試驗(yàn)對其效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

納米零價鐵因具有獨(dú)特的還原能力及表面化學(xué)活性而逐步應(yīng)用于重金屬污水的處理中。 其對重金屬及砷的去除主要利用高活性的納米零價鐵對重金屬及砷的氧化、還原反應(yīng)以及吸附作用來實(shí)現(xiàn)，對水中砷、鎘、銅、鉛、鎳、鋅、汞等均有良好的去除效果。

納米零價鐵工藝處理重金屬污水的優(yōu)勢在于：1）納米零價鐵比表面積大，吸附、處理容量是普通材料的10~1 000 倍。2）反應(yīng)速率高，時間短。其反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于普通藥劑。 3）沉淀的污泥量較傳統(tǒng)工藝降低80%以上，污泥中雜質(zhì)少。

本文擬通過對該廠所接納的污水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小試，驗(yàn)證納米零價鐵工藝處理該污水的技術(shù)可行性。

2 實(shí)驗(yàn)室小試

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

取模擬水樣A6#、B5#、C1#、D2#、E7# 等，按照1∶1 比例混合后作為試驗(yàn)進(jìn)水，詳見表1。

表1 小試進(jìn)水水質(zhì) mg/L

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過納米零價鐵工藝對該污水的處理，小試出水水質(zhì)與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求的對照見表2。

表2 小試出水水質(zhì) mg/L

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

表2 數(shù)據(jù)表明，納米零價鐵工藝對污水中的汞、鎘、砷、鉛、總鉻、六價鉻等重金屬具有良好的去除效果，出水可完全達(dá)到并優(yōu)于國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002） 一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值要求，技術(shù)可行。為進(jìn)一步驗(yàn)證處理效果，擬繼續(xù)進(jìn)行中試，同時優(yōu)化試驗(yàn)條件為污水處理工程設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)。

3 中試試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工藝流程

試驗(yàn)工藝流程見圖1。

圖1 中試工藝流程

污水進(jìn)入納米零價鐵處理系統(tǒng)， 加入納米零價鐵在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行還原、吸附、共沉淀等作用，有效地去除污水中的汞、鎘、砷、鉛、總鉻、六價鉻等污染物。清液后續(xù)進(jìn)入COF 處理系統(tǒng)， 加入PFS、PAM 等藥劑進(jìn)行催化耦合絮凝反應(yīng)，并沉淀分離，沉淀出水進(jìn)入濾池，去除微量的懸浮物，最后出水重金屬指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.2 試驗(yàn)條件

1）水樣。 試驗(yàn)采用兩種水樣：1# 水樣為企業(yè)重金屬污水，按照1∶1 比例混合后作為中試進(jìn)水；2# 水樣為企業(yè)重金屬污水經(jīng)處理后的出水， 按照1∶1 比例混合后作為中試進(jìn)水。

2）試驗(yàn)地點(diǎn)為類似工業(yè)園區(qū)污水處理管理站。

3）試驗(yàn)水量為30~40 L/h，運(yùn)行時間為8~10 h/d。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3.1 1#水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1#水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)見表3。

表3 1# 水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)

由表3 知， 以企業(yè)車間生產(chǎn)污水水混合液作為中試進(jìn)水，處理后出水重金屬可完全達(dá)到且優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值。

3.3.2 2#水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2#水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)見表4。

表4 2# 水樣中試進(jìn)出水重金屬數(shù)據(jù)

如表4 中數(shù)據(jù)所示， 企業(yè)外排水中重金屬含量較低。經(jīng)納米零價鐵工藝處理后，出水中重金屬含量進(jìn)一步下降80%以上， 出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.4 污泥量分析

為掌握工藝產(chǎn)泥量及污泥的沉降性能， 使用容器稱取每日沉淀池污泥量，并用100 mL 量筒測算泥渣的30 min 沉降指數(shù)SVI30，數(shù)據(jù)記錄如表5 所示。

表5 每日水樣處理后產(chǎn)泥量及污泥性能

如表5 所示，在污泥量低時，污泥的沉降性能良好，SVI30在0.9%~2.5%之間， 表明經(jīng)工藝處理后產(chǎn)生的泥渣容易脫水，這也是該工藝產(chǎn)泥量小的原因。試驗(yàn)每日運(yùn)行5 h（處理量0.5 m3），每噸污水產(chǎn)泥量在0.2~1.0 kg。

3.5 納米零價鐵藥劑消耗

（1）pH 控制。 根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，混合污水pH在1.9 左右， 需要對原水進(jìn)行pH 調(diào)節(jié)， 將原水pH從1.9 調(diào)至8~9。通過反應(yīng)，銅、鋅等重金屬部分會以氫氧化物的形式沉淀到泥渣中。

（2）曝氣量的控制。 由于底泥中含鐵量較大，考慮鐵鹽氫氧化物的脫水性，需將鐵鹽全部轉(zhuǎn)化為三價氫氧化物。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，考慮氧化氣量和攪拌效果，氣水比按10∶1 控制。

（3）納米零價鐵試劑投加量。 1）1#水樣，其納米零價鐵加藥量與重金屬去除率的關(guān)系見圖2。

圖2 試劑投加量對未處理原水中重金屬去除率的影響

從圖2 中可以看出，對于鉛來說，投加量1 g/L（稀釋后）左右時，鉛的去除率接近100%，而對于砷來說，投加量在1.5 g/L（稀釋后）時，其去除率才接近100%。 結(jié)果表明，對于不同種重金屬，所需加藥量也是不同的。為了更好地去除重金屬，所選加藥量控制在1.5~2 g/L（稀釋后）。

2）對于2#水樣，納米零價鐵加藥量與重金屬去除率的關(guān)系見圖3。

圖3 納米零價鐵藥劑投加量對已經(jīng)處理的原水中重金屬去除率的影響

2# 水樣所含重金屬含量很低，因而藥劑投加量也相對較低。 在投加量為1 g/L（稀釋后）時，砷、鉛的去除率均接近100%，選用投加量1 g/L（稀釋后）是最佳的。

4 結(jié)論

小試及中試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果說明， 控制pH 值8~9、曝氣量10:1、反應(yīng)時間不低于0.5 h、投加藥劑1~2 g/L 的條件下，試驗(yàn)水樣通過納米零價鐵工藝處理后出水重金屬均可100%達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002） 一級A 標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染物限值要求。