有色金属冶炼厂高浓度含砷污酸废水处理案例

某有色金属冶炼企业高浓度含砷污酸废水处理项目（“氧化预处理 + 铁盐沉淀 + 深度吸附” 组合工艺）

一、项目背景

某有色金属冶炼企业主营铜、铅、锌冶炼业务，冶炼过程中产生大量高浓度含砷污酸废水，日处理量 200m³。原水水质：总砷 80-120mg/L（平均 100mg/L）、pH 0.5-1.5、硫酸浓度 5%-8%、重金属离子（铜、铅、锌）50-100mg/L、氟离子 30-50mg/L，属于高浓度、强酸性、多重金属共存的复杂含砷废水，毒性极强，直接排放会造成严重的水体与土壤污染，且高浓度酸与重金属会腐蚀设备、干扰除砷反应。企业需开发 “酸回收 + 除砷 + 重金属去除” 一体化处理工艺，满足《有色金属工业水污染物排放标准》（GB 25467-2010）总砷≤0.5mg/L 的排放要求，同时回收硫酸资源，降低运行成本。

二、工艺选择与设计

结合废水 “高砷、强酸、多重金属、高氟” 的复杂特性，采用 **“预处理（酸回收 + 氧化）+ 铁盐混凝沉淀 + 活性炭深度吸附 + 重金属稳定化”** 组合工艺，核心优势为资源回收（硫酸）、高效除砷、同步去除重金属、处理彻底、二次污染小，适配冶炼企业高浓度污酸废水处理需求。

酸回收与氧化预处理单元：采用蒸发浓缩工艺回收废水中硫酸，浓缩后硫酸浓度提升至 20%-25%，回用于冶炼工序，减少药剂消耗；浓缩后残液（含高浓度砷、重金属）进入氧化反应池，投加双氧水（H₂O₂）作为氧化剂，在酸性条件下将高毒性、难去除的 As (Ⅲ) 完全氧化为易去除的 As (Ⅴ)，反应方程式：2H₃AsO₃ + H₂O₂ = 2H₃AsO₄ + H₂O，双氧水投加量为砷质量的 1.5 倍，反应 pH 1.5-2.5，反应时间 30min，氧化效率 100%，为后续除砷奠定基础。

铁盐混凝沉淀单元：氧化后废水进入中和反应池，投加石灰乳（Ca (OH)₂）调节 pH 至 7.0-7.5，同时投加聚合硫酸铁（PFS）作为混凝剂，PFS 水解生成氢氧化铁胶体，与 As (Ⅴ) 反应生成难溶砷酸铁沉淀（FeAsO₄），同步吸附去除铜、铅、锌等重金属离子及氟离子，反应方程式：Fe³⁺ + AsO₄³⁻ = FeAsO₄↓，控制铁砷质量比 10:1，PFS 投加量 1000mg/L，快速搅拌（150r/min）3min、慢速搅拌（50r/min）20min，使沉淀颗粒充分形成；随后投加 PAM 1.2mg/L，絮凝沉淀，去除 98% 以上的砷及重金属，出水总砷降至 1-2mg/L。

活性炭深度吸附单元：混凝沉淀出水自流进入活性炭吸附塔，选用柱状活性炭（碘值≥1100mg/g），填充厚度 1.5m，吸附接触时间 40min，吸附水中残留微量砷离子、重金属离子及有机物，进一步深度除砷，出水总砷≤0.5mg/L，满足排放标准；活性炭吸附饱和后，采用热再生工艺（再生温度 800℃），再生后循环使用，再生损耗率≤5%，降低运行成本。

重金属稳定化单元：混凝沉淀产生的污泥含砷、重金属，属于危险废物，投加硫化钠与螯合剂，将污泥中重金属离子转化为稳定的硫化物沉淀，砷离子稳定固化，避免污泥堆放过程中重金属与砷浸出污染环境，稳定化后污泥经压滤脱水（含水率≤75%），外运至合规危废处置单位安全填埋。

三、详细运行流程

污酸废水收集与输送：冶炼工序排出的含砷污酸废水经专用耐腐蚀管道（玻璃钢材质）汇入废水调节池，调节池有效容积 80m³，停留时间 10h，池内设置耐腐蚀搅拌装置，均质均量，稳定进水水质水量，避免高浓度酸、砷冲击负荷影响后续处理设备与效果。

蒸发浓缩酸回收：调节池废水经耐腐蚀泵提升至蒸发浓缩器，采用蒸汽加热蒸发，水分蒸发后，硫酸浓度从 5%-8% 浓缩至 20%-25%，浓缩硫酸经冷却后输送至冶炼车间回用，实现酸资源回收；蒸发残液（含高浓度砷、重金属、少量酸）排入氧化反应池。

氧化预处理：残液进入氧化反应池，投加 30% 双氧水，搅拌反应 30min，将 As (Ⅲ) 完全氧化为 As (Ⅴ)，消除 As (Ⅲ) 难去除的难题，氧化后废水 pH 维持 1.5-2.5，避免酸性过强影响后续混凝反应。

铁盐混凝沉淀：氧化后废水进入中和混凝池，先投加石灰乳调节 pH 至 7.0-7.5，中和酸性；再投加 PFS 溶液，快速搅拌 3min，使 PFS 快速水解生成氢氧化铁胶体，胶体与 As (Ⅴ) 反应生成砷酸铁沉淀，同步吸附重金属与氟离子；随后慢速搅拌 20min，促进沉淀颗粒长大；最后投加 PAM 溶液，搅拌 4min，使细小颗粒絮凝成大颗粒。

絮凝沉降：混凝后废水进入辐流式沉淀池，表面负荷 0.5m³/(m²・h)，沉淀时间 2h，上清液溢流至活性炭吸附塔，污泥排入污泥浓缩池，进行重金属稳定化处理。

活性炭深度吸附：上清液流经活性炭吸附塔，与活性炭充分接触，吸附残留砷离子与重金属离子，出水总砷≤0.5mg/L，达标后排放或回用至厂区绿化、道路降尘等辅助工序。

污泥稳定化处置：浓缩池污泥投加硫化钠与重金属螯合剂，搅拌反应 1h，使重金属离子生成硫化物沉淀，砷离子固化稳定；稳定化后污泥经板框压滤机脱水，泥饼含水率≤75%，外运安全填埋，滤液回流至调节池，避免二次污染。

四、运行效果与数据分析

项目连续运行 24 个月，处理效果稳定，核心运行数据如下：

进水总砷：80-120mg/L（平均 100mg/L）；

氧化后出水总砷：80-120mg/L，As (Ⅲ) 转化率 100%；

混凝沉淀出水总砷：0.8-1.5mg/L（平均 1.2mg/L），去除率 98.8%；

活性炭出水总砷：0.2-0.45mg/L（平均 0.3mg/L），总去除率 99.7%；

出水重金属（铜、铅、锌）：≤0.1mg/L，满足排放标准；

硫酸回收率：70%-75%，年回收硫酸约 5000t，回用至冶炼工序；

污泥稳定化效果：重金属浸出浓度≤0.05mg/L，砷浸出浓度≤0.03mg/L，符合危废填埋标准。

五、成本与效益分析

投资成本：总投资 650 万元，包括调节池、蒸发浓缩器、氧化池、混凝池、沉淀池、活性炭吸附塔、污泥处理设备、酸回用系统、自控系统等，其中设备费 400 万元（耐腐蚀设备占比 60%）、土建费 150 万元、安装调试费 100 万元。

运行成本：约 3.5 元 /m³，包括药剂费（石灰乳 1.2 元 /m³、PFS 0.8 元 /m³、双氧水 0.5 元 /m³、螯合剂 0.3 元 /m³）、电费（0.4 元 /m³）、人工维护费（0.3 元 /m³）；但硫酸回收年节约采购成本约 150 万元，抵消部分运行成本，实际净运行成本约 1.2 元 /m³。

效益：出水稳定满足有色金属工业排放标准，消除高浓度含砷废水排放的重大环境风险；硫酸回收利用率 70% 以上，实现资源循环利用，降低生产成本；污泥稳定化处理后安全处置，避免二次污染，符合环保政策要求；项目年减排砷约 7.2t，环境效益显著，同时提升企业绿色生产水平，增强市场竞争力，综合效益良好。

六、案例总结

本项目针对有色金属冶炼企业高浓度含砷污酸废水 “高砷、强酸、多重金属、高氟” 的极端复杂水质，创新采用 “酸回收 + 氧化 + 铁盐沉淀 + 深度吸附” 组合工艺，先回收硫酸资源，再通过氧化转化砷形态、铁盐沉淀去除大部分砷与重金属、活性炭深度净化，实现高浓度含砷废水的高效彻底处理。工艺资源利用率高、除砷效果好、二次污染小、运行稳定，出水总砷稳定≤0.5mg/L，为有色金属冶炼行业高浓度含砷污酸废水治理提供了 “资源回收 + 环保达标” 的一体化解决方案，对推动冶炼行业绿色低碳发展、防范重金属污染风险具有重要的示范意义。