含铬含钒废水处理设计(design of chromium and vanadium ions-containing waste water treatment)

含铬含钒废水含有毒性较强的六价铬离子和五价钒离子。铬在人体内可造成血中缺氧，导致细胞窒息；六价铬是致癌物质，并能在组织内累积。钒的颜色阈浓度界限为0．1mg／L，味觉阈浓度界限为0．8mg／L，影响地面水自净作用的浓度为5mg／L，动物的最小致死量为1mg／kg。

对于含铬含钒超标的废水应进行处理，使其中有害物质含量符合国家或地方规定的排放标准。

废水处理设计的主要内容是：根据废水的来源和特性，选择经济合理的处理方法，处理流程和相应的设施组成。

废水来源和特性 按所含铬、钒种类可分为含铬废水，含铬、钒废水和含钒废水。

含铬废水 主要包括：(1)金属铬生产过程中铬浸出废渣的沥滤液，每升废液含Cr⁶⁺可达几百毫克；(2)冷轧薄钢板镀锌机组排出的废水，包括含Cr⁶⁺浓度为1～1．8g／L，pH值为2～3的高浓度废水和含Cr⁶⁺浓度约200mg／L，pH值为5～6的漂洗废水；(3)电镀过程排出的废液，包括每升含Cr⁶⁺几十毫克的镀铬、钝化漂洗废水和含Cr⁶⁺约200g／L的废槽液；(4)冲洗设备和地坪等的含铬废水。

含铬、钒废水 主要是五氧化二钒生产过程中的五氧化二钒沉淀分离尾液。当所用原料含有铬时，尾液中除含钒约50～100mg／L外，还含Cr⁶⁺约100～250mg／L，pH值为1．8～2．5，水温约80℃。

含钒废水 主要是五氧化二钒沉淀分离的尾液。其中含钒约50～100mg／L，pH值为1．8～2．5，水温约80℃。

基本处理方法 因废水所含成分和浓度不同，听采用的处理工艺也不同。

含铬废水处理 常用还原沉淀法、离子交换法、钡盐法或电解法处理。(1)还原沉淀法。先用硫酸亚铁或钢材酸洗废液或亚硫酸氢钠或二氧化硫等还原剂，在酸性条件下，将废水中Cr⁶⁺还原成低毒的Cr³⁺一般再投加石灰使Cr³⁺沉淀，并中和废水中的游离酸。此法处理后的出水含Cr⁶⁺不大于0．2mg／L，Cr³⁺不大于0．5mg／L。如用亚铁作为还原剂，氢氧化钠作为中和剂，将沉淀的泥渣加热氧化，可制成磁性的铁氧体。还原沉淀法在国内外最为常用，适用范围较广，且效果可靠。(2)离子交换法。一般可将废水先通过H型阳树脂床，去除废水中的Fe³⁺、Cr³⁺等阳离子，进行纯化，经纯化的含铬酸阴离子废水可直接反回生产使用，对于冷轧薄钢板镀锌机组排出的高浓度含铬废水常采用此法进行处理。如欲回收铬酸，可将废水再经OH型阴树脂床进行处理，阴树脂用碱液洗脱再生，将洗脱液经阳树脂床除去钠离子，可得铬酸。阳树脂可用酸再生。经此法处理后的出水含Cr⁶⁺不大于0．5mg／lL。离子交换法是成熟可靠的方法，多用于电镀废水处理。

此外还可用钡盐法和电解法处理含铬废水。钡盐法是用碳酸钡或氯化钡将废水中的铬以铬酸钡形式沉淀，将铬从水中分离。电解法是利用铁阳极板上产生的亚铁离子，在酸性条件下将Cr⁶⁺还原成Cr³⁺。由于阴极产生氢气而使pH值升高，使Cr³⁺、Fe²⁺与Fe³⁺以氢氧化物形式沉淀分离。

含铬、钒废水处理 类似于含铬废水处理，常用还原沉淀法。还有离子交换法和电解法，但不常用。还原沉淀法工艺为：将含有游离酸的废水通过铁屑滤层，使游离酸与铁反应，生成亚铁离子，同时消耗了部分游离酸。也可直接向废水中投加硫酸亚铁，同样生成亚铁离子。此时发生下列主要反应：Fe²⁺与钒酸盐生成钒酸铁沉淀，也有部分V⁵⁺被还原成V⁴⁺，Cr⁶⁺被Fe²⁺还原成Cr³⁺，Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，Fe³⁺与钒酸盐生成xFe₂O₃•yV₂O₅•2H₂O沉淀等。然后投加石灰乳中和游离酸，使残余的钒离子生成钒酸钙沉淀，使Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺生成氢氧化物沉淀。此法处理后的出水含钒不大于2mg／L，Cr⁶⁺不大于0．2mg／L，Cr³⁺不大于0．5mg／L。

含钒废水处理 常用铁盐法处理。可用硫酸亚铁或三氯化铁等铁盐与钒酸盐进行反应生成沉淀。当用亚铁盐时，生成钒酸铁沉淀，同时有部分V⁵⁺还原成V⁴⁺，亚铁被氧化成高铁等反应。当用三氯化铁时，可生成xFe₂O₃•yV₂O₅•2H₂O沉淀。在经铁盐处理后，常投加石灰乳中和游离酸，使残余的钒离子生成钒酸钙沉淀，亚铁、高铁离子以氢氧化物形式沉淀。如同时进行曝气，将亚铁氧化成高铁，则除铁更趋完全。此法处理后的出水含钒不大于2mg／L。

处理流程及设施组成 工程设计中常用的处理方法有三种：

含铬废水的还原沉淀法 见图1。还原池容积和中和池容积均可按10～15min的废水量设计，废水在沉淀池内停留时间为1～2h。药剂投配重量比为Cr：FeSO₄•7H₂O=1:16，或Cr：NaHSO₃=1：4．5，Cr：CaO=1：8～12。

含铬、钒废水的铁屑还原沉淀法  见图二。调节池可按贮存10～20h废水量设计，废水在铁屑还原塔停留时间为3～4min，中和池容积按30~60min废水量设计，废水在浓缩池停留时间为10h，过滤器过滤速度为5~12m/h，药剂投配重量比为Fe：V=7：1，CaO：V一30：1。

含钒废水间歇式铁盐法 见图3。调节池容积按贮存8h废水量设计，混合反应池混合反应时间为10～15min，在中和曝气沉淀池停留时间为1．5～2h。

以上各处理流程所得滤饼，含有铬、钒、铁、石灰等成分。为避免再次污染环境，一般可将滤饼混入铬、钒矿浸出渣中，掺入烧结矿原料，制成烧结矿。

废水处理设施应尽可能布置在车间废水出口，当处理五氧化二钒沉淀尾液时，处理设施宜安排在下风向，并防止因水温高而产生的水雾对厂房和环境造成的影响。由于处理过程中一般都在酸性条件下进行，所以设备要进行防腐处理，并考虑劳动安全措施。