本發(fā)明涉及一種濕法冶煉廢水高效凈化除鉈方法，屬于污水處理。

背景技術(shù)：

1、在煉鋅工藝中，鋅精礦中的鉈經(jīng)焙燒后，70%～84%進(jìn)入煙氣，煙氣酸洗處理后產(chǎn)生含鉈廢水進(jìn)入冶煉污酸廢水，含鉈廢水約占鋅冶煉企業(yè)廢水總量的20%～30%。目前國(guó)內(nèi)濕法煉鋅工廠污酸處理系統(tǒng)主要采用常規(guī)反應(yīng)槽進(jìn)行廢水凈化處理。首先采用二級(jí)石灰乳中和法進(jìn)行預(yù)處理，將污酸中的硫酸進(jìn)行中和，處理后的漿液經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)壓濾，固體以石膏渣形式產(chǎn)出，濾液為ph為6-8中性廢水；然后加入除鉈試劑和絡(luò)合劑進(jìn)行兩級(jí)深度除鉈，壓濾機(jī)分離液固后的除鉈廢水，最后再采用石灰鐵鹽法處理工藝，將水中的重金屬及砷等有害雜質(zhì)沉淀除去，出水水質(zhì)達(dá)到《鉛鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，送入清潔廢水處理站深度處理。該方法皆存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、試劑用量大等問(wèn)題，尤其是除鉈過(guò)程需要兩級(jí)凈化，流程長(zhǎng)，成本高。因此，開發(fā)鉛鋅冶煉廢水高效凈化方法，實(shí)現(xiàn)濕法冶煉廢水中鉈的低成本、高效脫除，具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)傳統(tǒng)廢水處理工藝存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、藥劑消耗高、能耗大等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種濕法冶煉廢水高效凈化除鉈方法，采用多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器，在室溫條件下利用改性硫化劑進(jìn)行廢水凈化除鉈。室溫下，將調(diào)漿桶內(nèi)的冶煉含鉈廢水通過(guò)調(diào)漿泵輸送至多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器底內(nèi)，同時(shí)利用試劑泵將改性硫化劑輸送至多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器內(nèi)使其凈化除鉈，通過(guò)控制調(diào)漿泵和試劑泵的流量以控制改性硫化劑的用量和冶煉含鉈廢水在多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器內(nèi)的凈化時(shí)間，凈化反應(yīng)后的廢液經(jīng)真空過(guò)濾器液固分離，濾渣定期排放，凈化除鉈后的濾液進(jìn)入新液儲(chǔ)槽；調(diào)漿桶和新液儲(chǔ)槽的尾氣經(jīng)真空機(jī)組強(qiáng)排至尾氣吸收塔進(jìn)行凈化。本發(fā)明通過(guò)高速離子反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)高效凈化除鉈，能耗低，成本低，清潔環(huán)保。

2、一種濕法冶煉廢水高效凈化除鉈方法，采用多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器，在室溫下利用改性硫化劑對(duì)冶煉含鉈廢水進(jìn)行凈化除鉈，所述多級(jí)分格高速離子反應(yīng)器包括多級(jí)分格反應(yīng)釜2，多級(jí)分格反應(yīng)釜2的底部中心設(shè)置進(jìn)料口1，進(jìn)料口1通過(guò)調(diào)漿泵外接調(diào)漿桶，多級(jí)分格反應(yīng)釜2從內(nèi)至外包括由圓柱形隔板分隔成的同心多級(jí)環(huán)形反應(yīng)格，圓柱形隔板的高度從內(nèi)至外依次增加，同心多級(jí)環(huán)形反應(yīng)格內(nèi)均設(shè)置有攪拌槳，多級(jí)分格反應(yīng)釜2的頂端設(shè)置有釜蓋3，多級(jí)分格反應(yīng)釜2的側(cè)面設(shè)置有出料口20，出料口20外接真空過(guò)濾器的液體入口，真空過(guò)濾器的液體出口與新液儲(chǔ)罐的入口連通，調(diào)漿桶和新液儲(chǔ)罐的頂端氣體出口通過(guò)真空機(jī)組與尾氣吸收塔的氣體入口連通；

3、凈化除鉈方法的具體步驟如下：

4、室溫下，將冶煉含鉈廢水加入到調(diào)漿桶內(nèi)進(jìn)行攪拌混勻，調(diào)漿桶內(nèi)的冶煉含鉈廢水通過(guò)調(diào)漿泵按預(yù)設(shè)流速輸送至多級(jí)分格反應(yīng)釜底部中心的進(jìn)料口，同時(shí)利用試劑泵按預(yù)設(shè)流速將改性硫化劑溶液輸送至多級(jí)分格反應(yīng)釜底部中心的進(jìn)料口，冶煉含鉈廢水和改性硫化劑溶液通過(guò)進(jìn)液口進(jìn)入到多級(jí)分格反應(yīng)釜最內(nèi)層的環(huán)形反應(yīng)格內(nèi)，通過(guò)圓柱形隔板從內(nèi)至外依次增加的高度形成的高度差實(shí)現(xiàn)多級(jí)分格反應(yīng)釜內(nèi)溶液從內(nèi)至外依次流動(dòng)混合使改性硫化劑與冶煉含鉈廢水中鉈離子逐級(jí)凈化反應(yīng)，并通過(guò)多級(jí)環(huán)形反應(yīng)格內(nèi)攪拌槳的高速攪拌，增加改性硫化劑與冶煉含鉈廢水中鉈離子碰撞機(jī)率，實(shí)現(xiàn)鉈離子的凈化脫除；

5、凈化反應(yīng)后的廢液經(jīng)真空過(guò)濾器液固分離，濾渣定期排放，凈化除鉈后的濾液進(jìn)入新液儲(chǔ)槽；調(diào)漿桶和新液儲(chǔ)槽的尾氣經(jīng)真空機(jī)組強(qiáng)排至尾氣吸收塔進(jìn)行凈化。

6、通過(guò)構(gòu)建多級(jí)分格高速離子反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉈離子的高效脫除。采用同心多級(jí)環(huán)形反應(yīng)格結(jié)構(gòu)，利用隔板高度差形成流體梯度，使反應(yīng)物逐級(jí)推進(jìn)混合，配合高速攪拌強(qiáng)化傳質(zhì)效率；通過(guò)調(diào)漿泵與試劑泵的協(xié)同進(jìn)料控制反應(yīng)物配比，在室溫條件下實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)；真空過(guò)濾系統(tǒng)與尾氣吸收裝置的組合實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)產(chǎn)物的連續(xù)分離和廢氣處理；其中，同心環(huán)形反應(yīng)格的高度梯度設(shè)計(jì)使得反應(yīng)物在有限空間內(nèi)形成多級(jí)混合反應(yīng)路徑，攪拌槳的徑向分布結(jié)構(gòu)確保各級(jí)反應(yīng)格內(nèi)的混合強(qiáng)度，改性硫化劑的梯度投加方式提高了藥劑利用率。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)物理結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)時(shí)間的大幅縮短，避免了傳統(tǒng)多級(jí)反應(yīng)槽的復(fù)雜流程。

7、優(yōu)選的，所述多級(jí)分格反應(yīng)釜2從內(nèi)至外依次為ⅰ級(jí)反應(yīng)格室、ⅱ級(jí)反應(yīng)格室和ⅲ級(jí)反應(yīng)格室，釜蓋3的中心固定設(shè)置有軸套5，軸套5中心安裝設(shè)置有下軸承15，下軸承15可在軸套5內(nèi)旋轉(zhuǎn)，下軸承15的頂端通過(guò)聯(lián)軸器13與上軸承10固定連接，下軸承15向下延伸至反應(yīng)器2內(nèi)，下軸承15的底部從內(nèi)至外依次安裝設(shè)置有攪拌槳ⅰ18、攪拌槳ⅱ17和攪拌槳ⅲ16，攪拌槳ⅰ18、攪拌槳ⅱ17和攪拌槳ⅲ16依次插設(shè)至ⅰ級(jí)反應(yīng)格室、ⅱ級(jí)反應(yīng)格室和ⅲ級(jí)反應(yīng)格室內(nèi)。

8、通過(guò)軸套與下軸承的旋轉(zhuǎn)配合結(jié)構(gòu)，使單一驅(qū)動(dòng)源可同時(shí)控制三級(jí)攪拌槳的同步旋轉(zhuǎn)，解決了傳統(tǒng)多級(jí)反應(yīng)器中獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置帶來(lái)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題；下軸承與聯(lián)軸器的連接設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力傳遞的穩(wěn)定性，避免多級(jí)攪拌過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)對(duì)反應(yīng)體系的干擾；攪拌槳按層級(jí)分布的結(jié)構(gòu)使ⅰ級(jí)、ⅱ級(jí)、ⅲ級(jí)反應(yīng)格室內(nèi)形成獨(dú)立且可控的流體剪切場(chǎng)，通過(guò)調(diào)整攪拌槳插入深度與位置，可針對(duì)不同反應(yīng)階段的物料黏度差異進(jìn)行適應(yīng)性混合，強(qiáng)化改性硫化劑與鉈離子的接觸概率；三級(jí)攪拌槳的軸向疊加布局在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多區(qū)域反應(yīng)條件的精準(zhǔn)調(diào)控，為逐級(jí)凈化反應(yīng)提供了動(dòng)態(tài)平衡的混合環(huán)境。

9、更優(yōu)選的，所述攪拌槳ⅰ18包括套筒ⅰ和固定設(shè)置在套筒ⅰ外側(cè)壁的攪拌槳葉ⅰ，攪拌槳ⅱ17包括套筒ⅱ和固定設(shè)置在套筒ⅱ外側(cè)壁的攪拌槳葉ⅱ，攪拌槳ⅲ16包括套筒ⅲ和固定設(shè)置在套筒ⅲ外側(cè)壁的攪拌槳葉ⅲ，套筒ⅰ、套筒ⅱ、套筒ⅲ從下至上依次重疊并通過(guò)軸承緊固件ⅰ19固定設(shè)置在下軸承15的底端，攪拌槳葉ⅰ、攪拌槳葉ⅱ、攪拌槳葉ⅲ依次插設(shè)至ⅰ級(jí)反應(yīng)格室、ⅱ級(jí)反應(yīng)格室和ⅲ級(jí)反應(yīng)格室內(nèi)。

10、通過(guò)套筒與攪拌槳葉的分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)攪拌槳組件在垂直方向上的分層疊加裝配。套筒ⅰ、套筒ⅱ、套筒ⅲ采用從下至上的重疊方式并通過(guò)軸承緊固件ⅰ固定于下軸承底端，形成軸向緊湊的剛性連接結(jié)構(gòu)，既保證各級(jí)攪拌槳的獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，又減少多級(jí)傳動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；攪拌槳葉ⅰ、ⅱ、ⅲ分別固定于對(duì)應(yīng)套筒外側(cè)壁并延伸至對(duì)應(yīng)層級(jí)的反應(yīng)釜內(nèi)，使得每一級(jí)反應(yīng)格室的攪拌槳葉能夠針對(duì)該層級(jí)流體特性獨(dú)立優(yōu)化攪拌效果，避免因單一攪拌結(jié)構(gòu)無(wú)法適配多級(jí)反應(yīng)環(huán)境導(dǎo)致的混合效率下降。通過(guò)套筒與攪拌槳葉的模塊化組合，在簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多級(jí)反應(yīng)格室內(nèi)逐級(jí)強(qiáng)化的混合動(dòng)力學(xué)條件。

11、更優(yōu)選的，所述軸套5頂端固定設(shè)置有封蓋6，下軸承15的頂部向上穿過(guò)封蓋6，釜蓋3的中心開設(shè)有中心通孔，中心通孔內(nèi)固定設(shè)置有密封圈4，密封圈4與軸套5之間的縫隙內(nèi)設(shè)置軸承緊固件ⅱ14，軸承緊固件ⅱ14的頂端固定設(shè)置在密封圈4頂端。通過(guò)密封圈?4和軸承緊固件ⅱ?14形成動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)密封，為整個(gè)系統(tǒng)的核心安全防護(hù)點(diǎn)，防止反應(yīng)釜內(nèi)有害介質(zhì)外泄。

12、更優(yōu)選的，所述多級(jí)分格反應(yīng)釜2還包括軸承蓋12和支架7，軸承蓋12的中心固定設(shè)置有滾珠軸承11，上軸承10的底端穿過(guò)滾珠軸承11內(nèi)圈與聯(lián)軸器13固定連接，軸承蓋12通過(guò)設(shè)置在軸承蓋12頂端的環(huán)形墊板8和緊固螺栓與支架7的頂端固定連接，支架7的底端與釜蓋3固定連接。

13、通過(guò)軸承蓋與支架的協(xié)同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)攪拌系統(tǒng)軸向穩(wěn)定性和徑向密封性的雙重提升；設(shè)置帶有滾珠軸承的軸承蓋，使上軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)滾珠軸承內(nèi)圈形成精確導(dǎo)向，降低了軸承偏擺導(dǎo)致的磨損；采用環(huán)形墊板與緊固螺栓將軸承蓋與支架頂端剛性連接，增強(qiáng)了軸承蓋的承載能力；支架底端與釜蓋固定形成立體支撐框架，分散了攪拌系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)載荷；這種三級(jí)固定結(jié)構(gòu)（軸承蓋-支架-釜蓋）形成了穩(wěn)定的力傳遞路徑，既避免了傳統(tǒng)懸臂式攪拌軸易發(fā)生的共振現(xiàn)象，又通過(guò)支架與釜蓋的剛性連接消除了密封圈因振動(dòng)產(chǎn)生的間隙泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

14、更優(yōu)選的，所述上軸承10的頂端固定設(shè)置有頂蓋9，頂蓋9與攪拌電機(jī)的輸出軸固定連接。

15、通過(guò)將頂蓋直接固定在上軸承頂端并與攪拌電機(jī)輸出軸剛性連接，實(shí)現(xiàn)了攪拌系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞路徑優(yōu)化；頂蓋作為連接部件，消除了傳統(tǒng)聯(lián)軸器或傳動(dòng)鏈條帶來(lái)的結(jié)構(gòu)冗余，使得攪拌電機(jī)動(dòng)力能夠直接傳遞至同心多級(jí)環(huán)形反應(yīng)格內(nèi)的攪拌槳；剛性連接方式可減少傳動(dòng)過(guò)程中的能量損耗，同時(shí)避免多級(jí)傳動(dòng)可能產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，從而保障高速攪拌狀態(tài)下攪拌槳運(yùn)行的穩(wěn)定性。

16、優(yōu)選的，所述冶煉含鉈廢水與改性硫化劑溶液在多級(jí)分格反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間為6~20s。利用多級(jí)分格反應(yīng)釜的環(huán)形流道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)逐級(jí)快速混合反應(yīng)。該時(shí)間范圍既保證鉈離子與硫化劑充分接觸完成沉淀反應(yīng)，又通過(guò)縮短傳統(tǒng)工藝中數(shù)十分鐘的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，與高速攪拌裝置形成協(xié)同作用，在極短時(shí)間內(nèi)完成多級(jí)凈化反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)間的精準(zhǔn)控制避免了過(guò)度反應(yīng)造成的硫化劑消耗，同時(shí)匹配多級(jí)分格反應(yīng)釜的流體力學(xué)特性，使廢水在逐層流動(dòng)過(guò)程中完成離子交換與固液分離的連續(xù)化處理，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)效率與設(shè)備運(yùn)行效率的同步提升。

17、優(yōu)選的，所述攪拌槳的攪拌速率為600~1200?r/min。利用高速攪拌產(chǎn)生的強(qiáng)湍流環(huán)境，顯著提升改性硫化劑與廢水中鉈離子的接觸頻率和反應(yīng)速率。該速率范圍既保證了反應(yīng)物充分混合以避免局部濃度不均，又通過(guò)機(jī)械剪切作用強(qiáng)化硫化劑表面活性，促進(jìn)鉈離子的吸附與沉淀反應(yīng)。同時(shí)，該速率上限避免了過(guò)高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的能耗激增和設(shè)備磨損加劇，下限則確保反應(yīng)體系維持足夠的動(dòng)力學(xué)條件，使鉈離子在極短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成多級(jí)凈化脫除，從而在整體上實(shí)現(xiàn)高效低耗的除鉈目標(biāo)。

18、優(yōu)選的，所述改性硫化劑為硫化鈉/殼聚糖復(fù)合物，改性硫化劑的用量為冶煉含鉈廢水中鉈含量的5~10wt.%。通過(guò)采用硫化鈉與殼聚糖復(fù)合形成的改性硫化劑，利用殼聚糖分子鏈上的氨基和羥基官能團(tuán)對(duì)鉈離子的吸附作用，結(jié)合硫化鈉對(duì)鉈離子的沉淀反應(yīng)，形成協(xié)同凈化機(jī)制。將改性硫化劑用量控制在鉈含量的5~10wt.%范圍內(nèi)，既保證硫化鈉與鉈離子充分反應(yīng)生成難溶硫化鉈沉淀，又通過(guò)殼聚糖的吸附作用減少硫化鈉的無(wú)效消耗，避免過(guò)量硫化鈉引入二次污染風(fēng)險(xiǎn)。該復(fù)合改性硫化劑在特定配比下可實(shí)現(xiàn)鉈離子高效脫除的同時(shí)降低藥劑使用成本，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)多級(jí)凈化工藝步驟。

19、更優(yōu)選的，所述改性硫化劑中硫化鈉含量為70~80wt.%。通過(guò)限定硫化鈉在復(fù)合改性劑中的質(zhì)量占比，構(gòu)建了硫化鈉與殼聚糖的協(xié)同作用體系。硫化鈉作為主反應(yīng)劑，其含量高于70%可確保足夠的硫離子濃度與鉈離子形成穩(wěn)定硫化物沉淀；而含量不超過(guò)80%則保留殼聚糖的合理配比，利用其分子鏈上的氨基基團(tuán)對(duì)硫化鉈沉淀進(jìn)行包裹固定，防止沉淀返溶。該配比范圍既避免了單純使用硫化鈉時(shí)因過(guò)量投加導(dǎo)致的硫離子過(guò)剩問(wèn)題，又克服了殼聚糖單獨(dú)使用時(shí)的吸附容量限制，通過(guò)兩種組分的比例優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了藥劑利用率與沉淀穩(wěn)定性的雙重提升。

20、優(yōu)選的，所述改性硫化劑溶液的濃度為0.3~0.5g/l。通過(guò)將改性硫化劑溶液濃度限定為0.3~0.5g/l，在保證鉈離子充分反應(yīng)的前提下，精確控制硫化劑投加量。該濃度范圍既能確保硫化鈉/殼聚糖復(fù)合物在溶液中形成穩(wěn)定的分散體系，有效捕捉廢水中的鉈離子，又能避免過(guò)量硫化劑造成的藥劑浪費(fèi)及后續(xù)固廢處理壓力。

21、本發(fā)明的有益效果是：

22、（1）反應(yīng)速度快：傳統(tǒng)冶金廢水除鉈工藝通常需要2-3h反應(yīng)時(shí)間，本發(fā)明通過(guò)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)設(shè)計(jì)與變頻調(diào)速相結(jié)合，使反應(yīng)器內(nèi)部的高速攪拌裝置使溶液在多級(jí)分格中充分混合液，增加硫離子與溶液中的鉈離子碰撞機(jī)率，反應(yīng)時(shí)間僅需6-20s，極大的縮短了反應(yīng)時(shí)間，有利于能耗的降低；

23、（2）試劑用量少：傳統(tǒng)冶金廢水除鉈工藝試劑用量通常需要添加廢水中鉈含量的20wt%以上的凈化劑，本發(fā)明通過(guò)多級(jí)分格高速離子反應(yīng)裝置，結(jié)合“多級(jí)分格湍流強(qiáng)化”與“動(dòng)態(tài)流場(chǎng)協(xié)同”機(jī)制，可解決傳質(zhì)效率低、試劑利用率低的問(wèn)題，試劑用量?jī)H需廢水中鉈含量的5~10wt%，試劑消耗量少，渣量少。