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探讨含磷含氟废水的处理工艺路线

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-01-16  浏览次数:2519
核心提示:探讨含磷含氟废水的处理工艺路线吴伟(湖北仁孚环保工程有限公司,武汉420102)摘要:对含磷含氟工业废水的处理工艺进行研究,并
           探讨含磷含氟废水的处理工艺路线
                                            吴伟
             (湖北仁孚环保工程有限公司,武汉420102)
    摘要:对含磷含氟工业废水的处理工艺进行研究,并得出含磷含氟废水的处理工艺路线。含磷含氟废水的pH值<3,是典型的强酸性废水,通过石灰进行中和沉淀处理,石灰投加过程中分阶段控制pH值为11.5~8.0,并加入过量的电解质CaCl2,使生成的F-和PO43+分别沉淀,沉淀后的废水用HCl调整pH值在6.0~9.0。由于沉淀分离过程中反应较为缓慢,对于污水管道中的沉淀物结垢问题,在清水池中设置压力水泵,定期冲洗管道;废水中部分不能完全沉淀的悬浮物,采用陶粒过滤器过滤后再排放。探讨含磷含氟废水处理工艺路线,能给予实际工程一定的指导作用。
    关键词:石灰;中和;沉淀;pH;CaCl2;F-;PO43+;陶粒过滤
    中图分类号:X781.4文献标识码:B文章编号:1005-7676(2011)02-0040-04
    化工废水的水量和水质因原料路线、生产工艺方法及生产规模不同有较大的差异,化工废水污染物的含量高。某化工公司60万t/a磷氨产品的生产线,主要污染物为磷酸盐、氟化物和悬浮物,H3PO4生产中排放的废水中磷含量为1 350 mg/L,氟硅酸钠生产中排放的废水中氟化物含量为2 400 mg/L,悬浮物的含量为7 000 mg/L,需要处理的排放废水量约为5 300 t/d。目前介绍同类产品生产中如此高含量、大水量的含磷含氟废水处理工艺的文章较为少见,现就含磷含氟废水处理的工艺路线作以下介绍,希望能对实际工程应用起到一定帮助。
    1·废水水质水量简介
    H3PO4生产车间和氟硅酸钠生产车间的废水主要来自H3PO4装置和氟硅酸钠装置,2个装置共产生含磷、含氟废水约5 300 m3/d。其中水质概况为:SS(悬浮物)<7 000 mg/L、CODCr(化学需氧量)100 mg/L、BOD5(生化需氧量)20 mg/L、NH3-N(氨氮)15 mg/L、F-2 400 mg/L、TP(总磷)1 350mg/L、pH<3。
    2·废水处理工艺分析及工艺流线
    2.1废水处理过程的概述
    含磷含氟废水的处理一般都是采用石灰中和沉淀处理工艺路线,废水的pH<3,主要是废水中的F-和PO43-的浓度较高,通过投加石灰,使石灰中的Ca2+与F-、PO43-结合生成不溶性的钙盐,在投加石灰的同时再分别投加强电解质CaCl2和混凝剂PAC(聚合氯化铝)及助凝剂PAM(聚丙烯酰胺)等,强化沉淀效果。
    2.2工艺路线的简介
    根据我公司处理此类废水的实际经验和本工程的实例,现就本工程的工艺路线概述如下:
    含磷含氟生产污水通过提升泵进入调节池,调节池主要存储来水,调节水质、水量,投加石灰并用穿孔曝气器搅动,初步均衡pH值,通过pH在线传感仪得出pH值。调节池的水经耐腐蚀泵提升至一级中和反应池,反应池分3格。一级反应池的出水自流入一级沉淀池,一级反应池与一级沉淀池的自然高差≤1 m,通过重力沉淀控制水流于匀速状态进入一级辐流式沉淀池,并保证水流上升速度维持在≤1 m/s,使水中悬浮物和生成的难溶物质快速下沉并与水分离,从而有效去除污水中的含氟物、含磷物以及SS等污染物。一级沉淀池上清液自流入二级反应池,同一级反应池相同,反应池也分3格。二级反应池的出水处理过程同一级沉淀池出水同样处理,二级沉淀池同样采用辐流式沉淀池,进一步去除水中剩余的F-和PO43+。三级沉淀池出水自流进入中间水池,通过提升泵提升至后续的陶粒滤料过滤器过滤,使污水中的F-含量降低到10 mg/L,以便达到排放要求。在调节池中首先投加Ca(OH)2,并通过空气搅拌,调匀水质,通过pH在线传感仪监测,然后进入一级反应池投加中和剂Ca(OH)2。再分别投加强电解质CaCl2和混凝剂PAC及助凝剂PAM等,强化沉淀效果,使Ca2+与水中的F-、PO43-结合生成不溶性的钙盐,并在助凝剂作用下凝聚成大颗粒;向二级、三级中和反应池投加中和剂、混合絮凝剂的顺序以此类推。在pH控制过程中,应使pH值分级从11.5~8.0调节,使每级反应置于最优pH值段,充分保证废水处理的效果及药剂利用的最大效益化。不合格水出水返回前段处理单元水池重新分析再进行处理,本流程设置超越管线。在投入石灰进行pH中和废水的过程中,将会产生大量的胶原结晶体,容易在污水和污泥管道内沉淀结垢,如不经处理,会减短管道的使用寿命,为增大管道的使用寿命,经过多方面考虑,对此类高SS物易结垢污水,在清水池内设置高压反冲洗泵3台,采用两用一备的形式,并在整个PLC控制系统中灌入自控程序,通过电动闸门阀的自动启停,定期对各单元处理系统管道进行冲洗,保证并延长管道使用寿命。含磷含氟废水处理工艺路线示意图见图1。
          
    2.3去除率
    废水在处理过程中,每经过一个单元处理后,出水中污染因子数是有降低的,各个处理单元的去除污染因子的效率也是有局限性的,对各个单元处理的效率做初步的预估,具体的去除率分析见表1。

    2.4主要处理单元设施分析说明
    2.4.1曝气调节池
    在一个排水周期内,废水排放存在不均匀性,设曝气调节池可均衡水质、水量。水力停留时间RHT>6.5 h,调节池的有效容积为1 440 m3,采用无轴螺旋输送机输送石灰至溶药桶,采用加药泵投加Ca(OH)2,在池底安装穿孔曝气管,调节水质的均匀性,初步均衡废水的pH值;为减轻后续一级反应池pH值的调整难度,在调节池安装pH在线传感仪和液位控制仪,与投加装置和耐腐蚀提升泵同时予以连锁,实时监测pH值,控制加药泵和提升泵的启停。
    2.4.2反应池
    一级反应池分为3格,分别投加Ca(OH)2、CaCl2、PAM和PAC,起到缓和来自调节池的水流冲击能力。水力停留时间RHT为30 min,有效容积为110 m3。一级反应池中投加石灰中和废水,尽量使pH值达到11.5左右,使废水的PO43+与Ca2+生成沉淀,为保证反应彻底进行,应向废水中投加过量的强电解质,推动反应正向发展,完成PO43+与Ca2+完全生成沉淀。在反应池中安装搅拌机,与各个加药泵连锁控制,互动运行,使废水与石灰得到充分反应,废水与混凝剂充分均匀的混合,在助凝剂的推动下,沉淀池中会得到更好的沉淀效果;二级反应池中要适度控制pH在9.0~10.0,完善因一级反应池不能完全沉淀的PO43+的进一步反应,同时考虑初步解决F-与石灰之间反应方向,控制石灰投加量,逐步降低pH值,尽量使pH值向弱碱性方向发展;F-的反应沉淀主要是在三级反应池中进行,其中投加过量的强CaCl2,电离出过量的Ca2+,使Ca2+与F-的反应彻底进行,完成F-的去除。
    2.4.3辐沉淀池
    一级辐流式沉淀池直径≥16 m,取设计表面负荷≤1.0 m3/(m·2h),有效沉淀时间为2.0 h。含磷含氟废水处理中发生了大量反应,尤其是石灰和混凝剂助凝剂的投加,产生大量的沉淀物和悬浮物,并且部分反应就在沉淀池进行,因此含磷含氟废水处理中的悬浮物含量相当大,采取周边进水的向心辐流式沉淀,能很大程度的提高废水的沉淀效果,并克服在池中形成异重流造成的短路,搅起沉泥影响出水水质。二级辐流式沉淀池和三级辐流式沉淀池的具体参数及反应过程同一级辐流式沉淀池。
    2.4.4中间水池
    一级中间水池的设置主要是要检测前处理单元的效果,考虑pH值的大小来对后处理单元进行调整,设置干式自吸泵,对达不到处理效果的污水进行回流。水力停留时间RHT>2.0 h,有效容积约为450 m3,一级中间水池和二级中间水池相同,三级中间水池分为2格,便于投加HCl,使出水的pH值符合达标排放的标准范围。
    2.4.5陶粒过滤器
    生物陶粒是一种新型的生物膜载体滤料,该滤料具有比重轻、空隙率高、表面性状好、滤速高、运行稳定、使用寿命长、反冲洗耗水量低、生物繁殖快等特点,是一种节约能耗的实用新型滤料。与石英砂相比,比表面积为同体积石英砂的2~3倍,孔隙率为石英砂的1.3~2.0倍。与砂滤池比较,平均滤速高达20~25 m/h,产水量大,过滤周期长,冲洗频率小,冲洗强度低。含磷含氟废水在深度处理阶段采用陶粒过滤,主要是因为废水中悬浮物含量相对较高、水量大,且采用石灰中和沉淀后,废水中会产生大量的悬浮物。而用一般滤料的过滤器根本无法解决,且会经常堵塞过滤器,使过滤单元无法正常运行,最终导致出水不达标,所以对于含磷含氟废水处理过程中,应选用高效、迅速和产水量大的陶粒过滤器。
    3·结论
    pH值<3的强酸性含磷含氟废水,通过投加石灰中和沉淀PO43+和F-,主要是要抓住对pH值的控制和实时监测分析,控制石灰的投加量至关重要,掌握Ca2+、F-及PO43+反应的彻底完全性,应投加适量的CaCl2电解质,并控制整个过程反应的方向;对反应不能够完全的、或者在反应效果差的情况下,可泵送到前一阶段重新处理;反应过程中会产生大量沉淀物结晶体,极易堵塞管道、阀门。针对这种情况在后段清水排放池中设置压力冲洗水泵,定期对污水管道进行冲洗,从而延长管道的使用寿命。该工艺路线是经得起实验和实践论证,工艺路线较简单,实际运用中操作简便,探讨含磷含氟废水处理工艺路线,旨在能够得到水处理工程技术人员的认可,并在实际工程中给予一定的指导作用。
参考文献
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