有色冶金生产废水深度处理工艺方法流程与药剂

冶金废水是冶金工业（包括黑色金属、有色金属的采矿、选矿、冶炼、轧制等环节）产生的废水，其污染物复杂多样，常含有重金属（如 Cu、Pb、Zn、Cr）、悬浮物（SS）、酸性 / 碱性物质、有机物（如选矿药剂）、物等，处理难度大且需兼顾污染控制与资源回收。以下从废水特性、处理技术、资源回收及典型工艺展开分析：

冶金废水的主要来源与污染物特性

1. 采矿与选矿废水

来源：矿山开挖渗水、选矿过程中冲洗矿石和设备的废水。

污染物：高浓度悬浮物（泥沙、矿粉，SS 可达 5000-10000 mg/L）、选矿药剂（黄药、黑药、脂肪酸类捕收剂）、重金属离子（如 Pb、Zn、Cu）。

2. 冶炼废水

来源：钢铁冶炼的高炉冲渣水、转炉除尘水，有色金属冶炼的浸出液、烟气洗涤水。

污染物：高温（40-60℃）、高悬浮物（炉渣颗粒）、重金属离子（如 Cr⁶⁺、Cd²⁺）、酸性物质（冶炼烟气洗涤产生的、硝酸）、物（部分冶炼工艺使用）。

3. 轧制与表面处理废水

来源：钢材热轧、冷轧过程中的冷却废水，金属表面电镀或钝化处理废水。

污染物：乳化液（含油脂、表面活性剂，COD 可达 10000-50000 mg/L）、重金属离子（如 Ni²⁺、Cu²⁺）、酸碱（pH 2-12）。

冶金废水的处理技术体系

1. 预处理：去除悬浮物与调节水质

（1）物理沉淀与混凝沉淀

适用场景：选矿废水、高炉冲渣水等高悬浮物废水。

工艺：

重力沉淀：通过沉淀池去除大颗粒悬浮物，SS 去除率达 60%-80%；

混凝沉淀：投加聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM），使细小颗粒聚集成絮体沉淀，SS 去除率提升至 90% 以上，同时可去除部分胶体态重金属。

案例：铁矿选矿废水经 “预沉池 + 混凝沉淀池” 处理后，SS 从 8000 mg/L 降至 100 mg/L 以下。

（2）中和处理

适用场景：冶炼烟气洗涤产生的酸性废水（pH 1-4）或碱性废水（如选矿用石灰调浆废水，pH 10-12）。

酸性废水：投加石灰乳（Ca (OH)₂）、电石渣中和至 pH 6-9，同时生成金属氢氧化物沉淀去除部分重金属；

碱性废水：投加、中和，或利用酸性废水与碱性废水混合中和，降低药剂成本。

2. 主体处理：重金属、有机物与特殊污染物去除

（1）化学沉淀法去除重金属

硫化物沉淀法：

原理：投加 Na₂S、NaHS，与重金属离子生成难溶硫化物（如 CuS、ZnS，Ksp 低至 10⁻³⁶以下），比氢氧化物沉淀更彻底，适用于低浓度重金属废水（如 Cu²⁺ < 50 mg/L）。

优势：可在中性或弱酸性条件下运行，避免氢氧化物沉淀时的碱耗，且污泥量少、重金属回收率高。

氧化 - 还原法：

处理 Cr⁶⁺：投加焦亚钠（Na₂S₂O₅）、FeSO₄将 Cr⁶⁺还原为 Cr³⁺，再调节 pH 至 8-9 生成 Cr (OH)₃沉淀；

处理物：碱性条件下投加次（NaClO），通过两级氧化将 CN⁻转化为 CO₂和 N₂。

（2）生物处理去除有机物

适用场景：含选矿药剂、乳化液的轧制废水（COD 1000-5000 mg/L）。

厌氧 - 好氧（A/O）工艺：先通过厌氧池降解大分子有机物，再经好氧池进一步去除 COD，COD 去除率可达 80%-90%；

膜生物反应器（MBR）：结合生物降解与膜分离，污泥浓度高、处理效率稳定，出水 COD < 50 mg/L，可回用于冷却系统。

（3）特殊污染物处理：乳化液破乳

轧制废水乳化液处理：

化学破乳：投加铝、氯化钙破坏乳化液稳定性，结合气浮法分离油脂，油脂去除率达 95% 以上；

超滤（UF）+ 反渗透（RO）：破乳后的废水经 UF 去除悬浮物和大分子有机物，RO 进一步脱盐，产水可回用于清洗工序，水回收率 70%-80%。

3. 深度处理：水质提升与回用

（1）膜分离技术

纳滤（NF）：去除重金属离子和硬度，适用于冶炼废水深度处理，重金属截留率 > 99%，产水可回用于工艺用水；

反渗透（RO）：用于高盐废水（如冶炼浸出液），产水达饮用水标准，浓水经蒸发结晶回收盐类。

（2）活性炭吸附

去除残留有机物、色度和微量重金属，常用于电镀废水深度处理，出水 COD < 20 mg/L，重金属 < 0.1 mg/L。

冶金废水的资源回收技术

1. 重金属资源回收

（1）电解法回收金属单质

适用于高浓度含铜、镍的冶炼废水，如铜冶炼浸出液经 “中和除杂 + 电解”，直接得到电解铜（纯度 99.95%），电流效率达 85% 以上。

（2）离子交换与吸附材料再生

含锌冶炼废水通过螯合树脂（如亚氨基二乙酸型树脂）吸附 Zn²⁺，用再生得到氯化锌溶液，可回用于镀锌槽；

磁性纳米材料（如 Fe₃O₄@SiO₂）吸附废水中的 Pb²⁺、Cd²⁺后，通过磁场分离并酸解回收金属离子。

2. 水资源循环利用

（1）冷却水循环回用

高炉冲渣水经 “沉淀 + 过滤 + 冷却” 处理后，回用于高炉冷却系统，水回用率达 95% 以上，每年可节约新水数十万吨。

（2）零排放工艺

钢铁联合企业采用 “预处理 + 生化 + 膜处理 + 蒸发结晶” 组合工艺，将废水处理为纯水回用于锅炉，浓水经蒸发结晶得到工业盐（如 NaCl、Na₂SO₄），实现废水零排放。

3. 固体废物资源化

化学沉淀产生的重金属污泥经 “酸浸 - 萃取 - 电解” 回收金属，残渣可用于制备建筑材料（如重金属固化后的污泥制砖）；

高炉冲渣水沉淀的矿渣经干燥后作为水泥添加剂，实现固废全利用。

典型行业处理工艺案例

1. 钢铁冶金废水处理（以热轧废水为例）

工艺路线：

热轧废水 → 调节池 → 化学破乳 + 气浮（除油脂）→ 混凝沉淀（除 SS）→ 生化池（A/O 工艺除 COD）→ 超滤（UF）→ 反渗透（RO）→ 回用水池

效果：油脂去除率 > 98%，COD 从 5000 mg/L 降至 50 mg/L 以下，水回用率 80%，RO 浓水经蒸发结晶回收 NaCl。

2. 铜矿冶炼废水处理

冶炼废水（含 Cu²⁺ 200 mg/L、H₂SO₄ 50 g/L）→ 中和槽（投加 CaCO₃调节 pH 至 4）→ 硫化物沉淀（投加 Na₂S，生成 CuS）→ 酸浸（H₂SO₄溶解 CuS）→ 电解槽（回收金属铜）→ 尾水经石灰中和后排入市政管网

效果：铜回收率 > 99%，每吨废水可回收铜 0.2 kg，产生经济效益约 10 元 / 吨。

技术发展趋势与挑战

低碳化处理：推广太阳能驱动的膜分离技术、厌氧生物处理（减少曝气能耗），降低处理过程碳排放；

智能化管控：通过在线监测重金属浓度、pH 值等参数，结合 PLC 系统自动调节药剂投加量，提升处理效率并降低成本；

全产业链协同：推动冶金废水与城市污水处理厂协同处理（如利用冶金废水中的铁离子作为城市污水混凝剂），实现资源共享；

标准升级应对：针对《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456-2012）中特别排放限值（如 Cr⁶⁺ < 0.05 mg/L），需开发催化氧化、氧化（如臭氧 + UV）等深度处理技术。

冶金废水处理已从 “达标排放” 向 “循环经济” 转型，通过 “分类处理、分级回用、资源回收” 的策略，不仅可实现污染物高效去除，还能将废水转化为水资源和金属原料，形成 “绿色冶金” 产业链。实际应用中需根据废水特性与回用目标，选择 “预处理 - 主体处理 - 深度处理 - 资源回收” 的一体化工艺，同时兼顾技术可行性与经济合理性。