一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统及工艺的制作方法

1.本发明涉及废酸污水处理技术领域，具体是涉及一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统及工艺。


背景技术：

2.铜冶炼工程中的废酸原液，主要是在硫酸烟气净化工段产生，酸度较高，且cu、as、zn、pb、f等有害物质含量较高，具有腐蚀性强、水质成分复杂等特点。传统的处理方法不仅运行成本高、综合回收率低，且处理效果不理想。因此，从减少污染和资源综合利用的角度出发，开发新的低成本、高效率、资源化的废酸处理工艺已成为迫切需求。
3.采用闪速熔炼和闪速吹炼——“双闪速炉”工艺的铜冶炼厂，烟气可回收生产硫酸，年产140w吨；在处理在水洗烟气过程中生成杂质含量较高的废酸。产生的废酸酸浓度分别为15％、8％和5％；总产量约为1000吨/天。
4.现有的废酸污水处理系统采用硫化沉砷工艺，能够对废酸溶液中的砷进行沉降，除去大量的砷污染，但是对于其他重金属元素的脱除效果较差；现有技术的废酸污水处理装置的处理效率低，导致单位时间内的处理量较小，不能够满足生产需求；现有技术的废酸污水处理系统不能对废酸溶液进行深度处理，导致对废酸溶液的处理质量差。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：本发明提供了一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统，能够大大提高废酸处理装置的处理效率以及处理质量。
6.本发明的技术方案是：一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统，包括依次用于对废酸污水进行处理的一级处理系统、二级处理系统；
7.所述一级处理系统包括循环反应装置，设置在所述循环反应装置下方且与循环反应装置出水口连通的沉淀反应装置；
8.所述循环反应装置包括两个并排设置的循环反应腔，活动设置在所述循环反应腔内部的第一搅拌器，设置在所述循环反应腔上端且连通两个循环反应腔的上端连通器，设置在所述循环反应腔下端且连通两个循环反应腔的下端连通器，两个安装在所述上端连通器上且与循环反应腔对应的抽气涡扇，通过负压管道与所述抽气涡扇连通的硫化氢气体回收装置；
9.所述上端连通器上设置有驱动废酸污水在两个循环反应腔、上端连通器以及下端连通器之间进行循环的负压装置；所述下端连通器与沉淀反应装置连通；
10.所述二级处理系统包括与沉淀反应装置连通的旋流电解絮凝装置，以及与所述旋流电解絮凝装置连通的絮凝沉淀池；
11.所述旋流电解絮凝装置包括两端进水口与沉淀反应装置连通的旋流电解罐，设置在所述旋流电解罐中心的中央转轴，两组设置在所述中央转轴上且靠近旋流电解罐进水口的水力涡流扇，安装在所述中央转轴上且位于两个水力涡流扇之间的动态电解装置，以及
水平设置在所述旋流电解罐侧壁上且与絮凝沉淀池连通的排水组件；
12.所述动态电解装置包括活动设置在中央转轴上的阳极电芯、阴极电芯；
13.所述阳极电芯靠近中央转轴；所述阴极电芯活动环绕在阳极电芯外。
14.进一步地，所述阳极电芯包括套设在所述中央转轴上的连接轴，设置在所述连接轴两端的第一连接架，多组安装在所述第一连接架上且沿中央转轴径向均匀分布的电极板安装架，多组安装在电极板安装架上沿中央转轴轴向均匀分布的月牙型电极板；
15.所述月牙型电极板包括铁电极板、铝电极板；所述铁电极板、铝电极板间隔分布。
16.通过设置多个月牙型的铁电极板、铝电极板能够有效增大电极板与废酸溶液的接触面积，从而增加铁、铝的消耗量，产生更多的氢氧化铁、氢氧化铝胶体，起到微絮凝剂的作用，水中悬浮的颗粒、胶体污染物被微絮凝剂吸附包裹,失去稳定性，最终形成沉淀物。
17.进一步地，所述阴极电芯包括设置在所述中央转轴上的第二连接架，多组安装在所述第二连接架上且沿中央转轴径向均匀分布的阴极电极板；
18.所述阴极电极板位于月牙型电极板、旋流电解罐内侧壁之间。通过阴极电极板的均匀设置一方面能够在旋转过程中进行搅拌，另一方面能够确保对废酸的均匀处理。
19.进一步地，所述旋流电解罐侧壁上沿轴向均匀分布多组环形气道；所述环形气道上均匀分布有与旋流电解罐连通的射流喷头。
20.通过环形气道的设置能够能够使旋流电解罐内增压，结合微气泡实现气浮，进一步改善处理效果。
21.进一步地，所述下端连通器包括设置在循环反应腔下端的连通腔体，设置在所述连通腔体上端中部的连接盖，设置在所述连通腔体内部且位于连接盖下方的过滤拦截组件；
22.所述过滤拦截组件将连通腔体分成排水腔与滤渣存储腔；所述连接盖上倾斜设置有与滤渣存储腔连通的第一螺旋滤水输送机。
23.在循环反应装置内设置过滤拦截组件，能够对循环水流中的沉淀物进行过滤，同时通过第一螺旋滤水输送机将沉淀物排出，能够使的反应更加彻底，有效提高脱砷质量。
24.进一步地，所述沉淀反应装置包括设置在连通腔体正下方且与排水腔连通的混合反应腔，设置在所述混合反应腔内部的第二搅拌器，设置在混合反应腔侧壁的石灰石浆液进入口，设置在所述混合反应腔下端的石膏沉淀腔，以及设置在石膏沉淀腔上的压滤装置。通过压滤装置能够实现沉淀物与滤液的高效分离，有利于提高处理效率。
25.进一步地，压滤装置包括两个垂直活动设置在石膏沉淀腔内部的石膏压滤板，设置在所述石膏沉淀腔上用于驱动所述石膏压滤板的动力模块，倾斜设置且与石膏沉淀腔中部空间连通的第二螺旋滤水输送机。
26.通过第二螺旋滤水输送机的设置能够快速将压滤后的石膏导出。
27.进一步地，所述硫化氢气体回收装置包括密封反应罐，设置在所述密封反应罐上端的雾化碱液喷淋盘，套设在所述密封反应罐外壁上的硫化氢气体射流环，通过高压管道连接硫化氢气体射流环与抽气涡扇的连接口，以及设置在密封反应罐下端且与循环反应腔连通的硫化钠溶液补偿管道。
28.产生的硫化氢气体与氢氧化钠能够生成硫化钠，实现对危害气体的回收利用，并减小硫化钠的使用量，有利于节约成本。
29.一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理工艺，包括以下步骤：
30.s1、脱砷处理
31.首先向循环反应腔内通入体积比为1:0.08～0.3的废酸污水与浓度为35～45％硫化钠溶液，第一搅拌器以600～2000r/min的转速持续进行搅拌，负压装置驱动废酸污水与硫化钠溶液在两个循环反应腔、上端连通器以及下端连通器内循环，然后对产生的沉淀物进行分离、过滤导排；通过抽气涡扇将产生硫化氢废气快速抽离，并输送至硫化氢气体回收装置内；
32.s2、脱氟中和处理
33.然后循环反应腔内的废酸污水进入沉淀反应装置，加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为1500～2800g/l，搅拌反应，使废酸污水与石灰石反应生成石膏以及氟化钙沉淀；经过压滤后导排沉淀物，分离一级滤液；然后向一级滤液中加入氢氧化钠至ph为6～7，搅拌反应后，经过二次压滤，导排沉淀物，分离得到二级滤液；
34.s3、电解深度处理
35.将二级滤液从旋流电解罐两端通入，经过水力涡流扇高速转动，驱动二级滤液形成旋转涡流；阳极电芯、阴极电芯进行旋转对二级滤液进行电解，形成氢氧化物胶体，对剩余的重金属污染物进行吸附，最后将产生氢氧化物胶体的二级滤液输送至絮凝沉淀池，进行气浮沉降分离；其中，电流密度为330～600a/m2，电解时长30～60min。
36.本发明的有益效果是：本发明提供的一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统，通过废酸污水在循环反应装置内循环流动，与硫化钠发生反应，在循环过程中对产生的沉淀物进行过滤导排，在废酸上液面上方设置的抽气涡扇能够将硫化氢气体迅速导出，通过反复循环不仅能够提高反应速率，还能够改善处理质量。
37.本发明通过旋流电解罐、水力涡流扇、动态电解装置的设置能够对废酸污水进行高效的动态电解；由于氢氧化钠过量加入，通过设置的铁电极板、铝电极板能够产生氢氧化铁、氢氧化铝胶体，起到微絮凝剂的作用，水中悬浮的颗粒、胶体污染物被微絮凝剂吸附包裹，进一步改善处理质量，实现对cu、as、zn、pb、f等有害物质的深度处理。
附图说明
38.图1是本发明实施例1整体的结构示意图；
39.图2是本发明实施例1硫化氢气体回收装置的结构示意图；
40.图3是本发明实施例1下端连通器的结构示意图；
41.图4是本发明实施例1沉淀反应装置的结构示意图；
42.图5是本发明实施例2旋流电解絮凝装置的结构示意图；
43.图6是本发明实施例2阳极电极板的结构示意图；
44.图7是本发明实施例2阴极电极板的结构示意图；
45.图8是本发明实施例3环形气道的结构示意图；
46.其中，1-循环反应装置、10-循环反应腔、11-上端连通器、110-负压装置、12-下端连通器、120-连通腔体、121-连接盖、122-过滤拦截组件、123-排水腔、124-滤渣存储腔、125-第一螺旋滤水输送机、13-抽气涡扇、14-第一搅拌器、2-沉淀反应装置、20-混合反应腔、21-第二搅拌器、22-石灰石浆液进入口、23-石膏沉淀腔、24-压滤装置、240-石膏压滤
板、241-动力模块、242-第二螺旋滤水输送机、3-硫化氢气体回收装置、30-密封反应罐、31-雾化碱液喷淋盘、32-硫化氢气体射流环、33-连接口、34-硫化钠溶液补偿管道、4-旋流电解絮凝装置、40-旋流电解罐、41-中央转轴、42-水力涡流扇、43-动态电解装置、430-阳极电芯、431-阴极电芯、432-连接轴、433-第一连接架、434-电极板安装架、437-月牙型电极板435-、第二连接架、436-阴极电极板、44-排水组件、45-环形气道、46-射流喷头、5-絮凝沉淀池。
具体实施方式
47.实施例1
48.一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统，包括用于对废酸污水进行处理的一级处理系统；
49.如图1所示的一级处理系统包括循环反应装置1，设置在循环反应装置1下方且与循环反应装置1出水口连通的沉淀反应装置2；
50.循环反应装置1包括两个并排设置的循环反应腔10，活动设置在循环反应腔10内部的第一搅拌器14，设置在循环反应腔10上端且连通两个循环反应腔10的上端连通器11，设置在循环反应腔10下端且连通两个循环反应腔10的下端连通器12，两个安装在上端连通器11上且与循环反应腔10对应的抽气涡扇13，通过负压管道与抽气涡扇13连通的硫化氢气体回收装置3；
51.如图2所示，硫化氢气体回收装置3包括密封反应罐30，设置在密封反应罐30上端的雾化碱液喷淋盘31，套设在密封反应罐30外壁上的硫化氢气体射流环32，通过高压管道连接硫化氢气体射流环32与抽气涡扇13的连接口33，以及设置在密封反应罐30下端且与循环反应腔10连通的硫化钠溶液补偿管道34。
52.上端连通器11上设置有驱动废酸污水在两个循环反应腔10、上端连通器11以及下端连通器12之间进行循环的负压装置110；下端连通器12与沉淀反应装置2连通；
53.如图3所示，下端连通器12包括设置在循环反应腔10下端的连通腔体120，设置在连通腔体120上端中部的连接盖121，设置在连通腔体120内部且位于连接盖121下方的过滤拦截组件122；
54.过滤拦截组件122将连通腔体120分成排水腔123与滤渣存储腔124；连接盖121上倾斜设置有与滤渣存储腔124连通的第一螺旋滤水输送机125。
55.如图4所示，沉淀反应装置2包括设置在连通腔体120正下方且与排水腔123连通的混合反应腔20，设置在混合反应腔20内部的第二搅拌器21，设置在混合反应腔20侧壁的石灰石浆液进入口22，设置在混合反应腔20下端的石膏沉淀腔23，以及设置在石膏沉淀腔23上的压滤装置24。
56.压滤装置24包括两个垂直活动设置在石膏沉淀腔23内部的石膏压滤板240，设置在石膏沉淀腔23上用于驱动石膏压滤板240的动力模块241，倾斜设置且与石膏沉淀腔23中部空间连通的第二螺旋滤水输送机242。
57.其中，第二螺旋滤水输送机242、动力模块241、第二搅拌器21、第一螺旋滤水输送机125、负压装置110、抽气涡扇13、第一搅拌器14均采用现有技术产品，具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
58.实施例2
59.与实施例1不同的是：
60.一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理系统，包括依次用于对废酸污水进行处理的一级处理系统、二级处理系统；
61.二级处理系统包括与沉淀反应装置2连通的旋流电解絮凝装置4，以及与旋流电解絮凝装置4连通的絮凝沉淀池5；
62.如图5所示，旋流电解絮凝装置4包括两端进水口与沉淀反应装置2连通的旋流电解罐40，设置在旋流电解罐40中心的中央转轴41，两组设置在中央转轴41上且靠近旋流电解罐40进水口的水力涡流扇42，安装在中央转轴41上且位于两个水力涡流扇42之间的动态电解装置43，以及水平设置在旋流电解罐40侧壁上且与絮凝沉淀池5连通的排水组件44；
63.动态电解装置43包括活动设置在中央转轴41上的阳极电芯430、阴极电芯431；
64.阳极电芯430靠近中央转轴41；阴极电芯431活动环绕在阳极电芯430外。
65.如图6所示，阳极电芯430包括套设在中央转轴41上的连接轴432，设置在连接轴432两端的第一连接架433，多组安装在第一连接架433上且沿中央转轴41径向均匀分布的电极板安装架434，多组安装在电极板安装架434上沿中央转轴41轴向均匀分布的月牙型电极板437；
66.月牙型电极板437包括铁电极板、铝电极板；铁电极板、铝电极板间隔分布。
67.如图7所示，阴极电芯431包括设置在中央转轴41上的第二连接架435，多组安装在第二连接架435上且沿中央转轴41径向均匀分布的阴极电极板436；
68.阴极电极板436位于月牙型电极板437、旋流电解罐40内侧壁之间。
69.其中，水力涡流扇42采用现有技术产品，具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。
70.实施例3
71.与实施例2不同的是：
72.如图8所示，旋流电解罐40侧壁上沿轴向均匀分布6组环形气道45；环形气道45上均匀分布有与旋流电解罐40连通的射流喷头46。
73.实施例4
74.采用实施例1处理系统的一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理工艺，包括以下步骤：
75.s1、脱砷处理
76.首先向循环反应腔10内通入体积比为1:0.08的废酸污水与浓度为35％硫化钠溶液，第一搅拌器14以600r/min的转速持续进行搅拌，负压装置110驱动废酸污水与硫化钠溶液在两个循环反应腔10、上端连通器11以及下端连通器12内循环，然后对产生的沉淀物进行分离、过滤导排；通过抽气涡扇13将产生硫化氢废气快速抽离，并输送至硫化氢气体回收装置3内；
77.s2、脱氟中和处理
78.然后循环反应腔内的废酸污水进入沉淀反应装置2，加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为1500g/l，搅拌反应，使废酸污水与石灰石反应生成石膏以及氟化钙沉淀；经过压滤后导排沉淀物，分离一级滤液；然后向一级滤液中加入氢氧化钠至ph为6，搅拌反应后，
经过二次压滤，导排沉淀物，分离得到二级滤液。
79.实施例5
80.本实施例记载的是基于实施例2的处理系统的一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理工艺，包括以下步骤：
81.s1、脱砷处理
82.首先向循环反应腔10内通入体积比为1:0.08的废酸污水与浓度为35％硫化钠溶液，第一搅拌器14以600r/min的转速持续进行搅拌，负压装置110驱动废酸污水与硫化钠溶液在两个循环反应腔10、上端连通器11以及下端连通器12内循环，然后对产生的沉淀物进行分离、过滤导排；通过抽气涡扇13将产生硫化氢废气快速抽离，并输送至硫化氢气体回收装置3内；
83.s2、脱氟中和处理
84.然后循环反应腔内的废酸污水进入沉淀反应装置2，加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为1500g/l，搅拌反应，使废酸污水与石灰石反应生成石膏以及氟化钙沉淀；经过压滤后导排沉淀物，分离一级滤液；然后向一级滤液中加入氢氧化钠至ph为6，搅拌反应后，经过二次压滤，导排沉淀物，分离得到二级滤液；
85.s3、电解深度处理
86.将二级滤液从旋流电解罐40两端通入，水力涡流扇42以2000r/min进行高速转动，驱动二级滤液形成旋转涡流；阳极电芯430、阴极电芯431进行旋转对二级滤液进行电解，形成氢氧化物胶体，对剩余的重金属等污染物进行吸附，最后将产生氢氧化物胶体的二级滤液输送至絮凝沉淀池5，进行气浮沉降分离；其中，电流密度为330a/m2，电解时长30min。
87.实施例6
88.与实施例5不同的是：
89.s1、脱砷处理中第一搅拌器14以2000r/min的转速持续进行搅拌，
90.s2、加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为1800g/l；脱氟中和处理中一级滤液加入氢氧化钠至ph为6；
91.s3、电解深度处理中水力涡流扇42以4000r/min进行高速转动；电流密度为500a/m2，电解时长40min。
92.实施例7
93.与实施例5不同的是：
94.s1、脱砷处理中第一搅拌器14以2000r/min的转速持续进行搅拌，
95.s2、加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为1800g/l；脱氟中和处理中一级滤液加入氢氧化钠至ph为6；
96.s3、电解深度处理中水力涡流扇42以4000r/min进行高速转动；电流密度为600a/m2，电解时长60min。
97.实施例8
98.与实施例7不同的不同之处在于，s2、脱氟中和处理中一级滤液加入氢氧化钠至ph为7。
99.实施例9
100.与实施例7不同的不同之处在于，s1、脱砷处理中向循环反应腔10内通入体积比为
1:0.3的废酸污水与浓度为45％硫化钠溶液；s2、加入石灰石浆液，石灰石浆液的添加量为2800g/l。
101.实施例10
102.本实施例记载的是基于实施例3的处理系统的一种铜冶炼工程中的废酸污水高效处理工艺；与实施例5不同之处在于：
103.s3、电解深度处理
104.将二级滤液从旋流电解罐40两端通入，水力涡流扇42进行高速转动，驱动二级滤液形成旋转涡流；阳极电芯430、阴极电芯431进行旋转对二级滤液进行电解，形成氢氧化物胶体；同时环形气道45通过射流喷头46向旋转涡流内充入微气泡，微气泡结合氢氧化物胶体对剩余的重金属等污染物进行吸附。
105.实验例
106.采用上述实施例4、实施例5、实施例6以及传统技术的方法对某铜冶炼工厂产生的废酸污水进行处理，废酸污水的废酸酸浓度为15％；对各个实施例试验的处理质量、以及用时进行记录，如下表1；
107.表1：各个实施例的污染物脱除率以及处理时间
108.[0109][0110]
(1)将本发明提供的实施例4～实施例10的试验结果与传统技术的试验结果进行对比，能够看出相较于传统技术，本发明的技术方案能够有效提升砷污染等杂质的脱除率；有效提升处理效率，提高单位时间内的处理量；大大改善现有技术对废酸污水的处理质量，满足铜冶炼企业的废酸污水排放需求。
[0111]
(2)对比实施例4与实施例5的试验结果，能够看出实施例5能够进一步提升污染物的脱除率；实施例5通过对废酸溶液进行深度处理，从而进一步提升对废酸溶液的处理质量；通过旋流电解罐、水力涡流扇、动态电解装置的设置能够对废酸污水进行高效的动态电解；由于氢氧化钠的加入，通过设置的铁电极板、铝电极板能够产生氢氧化铁、氢氧化铝胶体，起到微絮凝剂的作用，水中悬浮的颗粒、胶体污染物被微絮凝剂吸附包裹，从而进一步改善处理质量，实现对cu、as、zn、pb、f等有害物质的深度处理。
[0112]
(3)对比实施例5、实施例6能够看出，延长电解时间、增大电流密度后，能够进一步提升改善处理质量；通过增大电流密度以及延长电解时间能够使阳极电极释放更多铁离子、铝离子，使得废酸溶液中的产生的氢氧化物胶体增多，从而促进深度吸附去除作用。
[0113]
(4)对比实施例5、实施例6以及实施例7能够看出实施例7提供的电解参数为本技术方案公开的最佳电解参数，其中电流密度为600a/m2，电解时长为60min。
[0114]
(6)对比实施例7与实施例8能够看出，将电解ph环境从6提升至7后能够进一步改善处理质量；一方面原因是ph值的提升使得处理环境中的氢氧根增多，多出来的氢氧根离子与电解阳极产生的铁离子、铝离子结合形成更多的氢氧化物胶体；另一方面原因是氢氧根离子能够与废酸溶液中的重金属离子形成沉淀，使得处理效果得到改善。
[0115]
(7)对比实施例7与实施例9能够看出，通过硫化钠、石灰石浆液加入量的增多，从
而促进在循环反应腔10、上端连通器11以及下端连通器12内循环反应中正反应的进行，有利于使得砷更彻底的沉降。且经过试验发现，实施例9的硫化钠、石灰石浆液加入量为最佳值，施加量过高的话会造成浪费。
[0116]
(8)在实施例10中增加的环形气道、射流喷头对旋流电解罐充入微气泡，能够对微絮凝剂进行气浮处理，利用微气泡、絮凝剂结合的方式增强吸附效果，实现对处理质量的改善。
[0117]
(9)综上对比，实施例10为本技术方案公开的最佳实施方案，其能够大大改善现有技术对废酸污水的处理质量，满足铜冶炼企业的废酸污水排放需求。