兩級(jí)混凝沉淀法處理含砷化工廢水研究

譚軍，李廣闊，李星星

(1.河南省駐馬店市西平縣環(huán)境保護(hù)局，河南駐馬店463900;2.河南城建學(xué)院，河南平頂山467036)

1 工程概況

某化工企業(yè)硫鐵礦制酸過(guò)程中產(chǎn)生的含砷廢水約21 000 m3/a，折合57 m3/d。辦公生活廢水為11.04 m3/d，則本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為70 m3/d。根據(jù)對(duì)該企業(yè)廢水監(jiān)測(cè)報(bào)告以及《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中關(guān)于第一類(lèi)污染物最高允許排放濃度，確定本項(xiàng)目的進(jìn)水質(zhì):砷為6.779 mg/L，SS為1 200 mg/L，pH為1.0，F(xiàn)為220 mg/L，要求出水砷≤0.5 mg/L，SS≤70 mg/L，pH 6～9，F(xiàn)≤10 mg/L。

2 含砷廢水處理現(xiàn)狀

硫酸制備、有色金屬冶煉、化工、染料、采礦及農(nóng)藥生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水中含有高濃度的砷。人們對(duì)含砷廢水的處理很早就開(kāi)始關(guān)注，在對(duì)含砷廢水的處理過(guò)程中，對(duì)于處理工藝的選擇，不僅要求處理后的出水要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且要求產(chǎn)生的固體廢棄物具有較高的穩(wěn)定性。目前對(duì)于含砷廢水的處理主要包括化學(xué)法和物化法，其中化學(xué)法主要包括化學(xué)沉淀法等［1-3］，物化法主要有吸附法等［4-7］，另外含砷廢水的處理還有微生物法、離子交換法、萃取和反滲透法等。

3 廢水處理工藝選擇

3.1 pH調(diào)節(jié)

該廢水酸性強(qiáng)，需要調(diào)節(jié)pH值至中性或微堿性。常規(guī)用于調(diào)整pH的藥品有氫氧化鈉、石灰乳、氨水等。氫氧化鈉使用方便，堿性強(qiáng)，調(diào)節(jié)pH見(jiàn)效快，但價(jià)格稍貴;石灰乳價(jià)格低廉，但調(diào)節(jié)效果與石灰的濃度有很大關(guān)系，處理過(guò)程不穩(wěn)定，而且灰渣量太大，導(dǎo)致后續(xù)的污泥處置更加麻煩;氨水的堿性稍弱，適合精細(xì)調(diào)節(jié)，但會(huì)導(dǎo)致廢水中引入銨離子。針對(duì)本項(xiàng)目廢水酸性強(qiáng)、水量小、污泥需要回收的特點(diǎn)，使用氫氧化鈉來(lái)調(diào)節(jié)pH是較為合適，在運(yùn)行過(guò)程中使用pH計(jì)控制加藥計(jì)量泵的啟停。

3.2 除砷工藝設(shè)計(jì)

目前，處理含砷廢水的主流工藝主要是石灰-鐵鹽法和硫化法，石灰-鐵鹽法不能回收金屬，并且產(chǎn)生大量含砷廢渣需要安全填埋，存在二次污染隱患;硫化法是一種處理含砷廢水的有效辦法，排出的硫化砷渣常用硫酸銅置換制備三氧化二砷，但是該方法工藝復(fù)雜，設(shè)備要求嚴(yán)格，且成本很高。本項(xiàng)目中，采用硫酸銅直接和含砷廢水發(fā)生一步反應(yīng)去除廢水中大部分的砷，然后再采用鐵鹽法進(jìn)一步和廢水中的砷發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)兩步除砷的方案，最終將含砷廢水處理達(dá)標(biāo)，其流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的污泥為亞砷酸銅、砷酸鐵、亞砷酸鐵。該工藝高效且設(shè)備簡(jiǎn)單，且產(chǎn)生的亞砷酸銅中含砷量大，有很大的回收價(jià)值。

3.3 廢水處理工藝流程

硫酸廠(chǎng)洗滌含砷酸性廢水經(jīng)管路收集至調(diào)節(jié)池，通過(guò)在調(diào)節(jié)池均勻水質(zhì)水量，使廢水水質(zhì)在調(diào)節(jié)池得到均勻，減少對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)的負(fù)荷沖擊，調(diào)節(jié)池裝有雷達(dá)式液位計(jì)，該液位計(jì)不接觸測(cè)量液體，準(zhǔn)確度高，通過(guò)液位計(jì)控制泵的高開(kāi)低停。廢水經(jīng)泵提升至中和混凝池，在中和混凝池內(nèi)通過(guò)pH計(jì)控制氫氧化鈉調(diào)節(jié)含砷廢水pH在6.0左右，在此pH下，除去廢水中的各類(lèi)雜質(zhì)離子，例如銅離子、鉛離子、鐵離子、鋅離子、硫酸根離子等，投加適當(dāng)?shù)母叻肿踊炷齽┦沟\花聚集變大，經(jīng)沉淀固液分離后除去。經(jīng)過(guò)固液分離之后的上清液進(jìn)入反應(yīng)池和澄清池，加入過(guò)量的硫酸銅溶液，攪拌并通過(guò)pH計(jì)控制氫氧化鈉加藥計(jì)量泵調(diào)節(jié)溶液pH在8.0左右，在此條件下，硫酸銅和廢水中的砷離子發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)式為:

因?yàn)橛羞^(guò)量的硫酸銅存在，銅離子和氫氧根作用生成氫氧化銅沉淀，反應(yīng)式為:

經(jīng)沉淀、過(guò)濾，制備得到亞砷酸銅沉淀，再經(jīng)脫水包裝后運(yùn)至有資質(zhì)的公司進(jìn)行三氧化二砷的回收。沉砷后的廢水自流進(jìn)入混凝池，投加石灰乳和硫酸亞鐵，攪拌調(diào)節(jié)pH到12.0，經(jīng)攪拌和空氣曝氣后，剩余的砷沉淀為亞砷酸鐵和砷酸鐵沉淀，氟離子也沉淀為氟化鈣。反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)式(3)、(4)、(5)。沉淀物中主要成分是砷酸鐵和亞砷酸鐵和氟化鈣。

廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

(1)調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池為業(yè)主自備。配備廢水提升泵1臺(tái)，為耐腐蝕自吸離心泵，揚(yáng)程3 m3/h×10 m，電機(jī)功率2.2 kW。

(2)中和混凝池。

1座，尺寸1 m×2 m×2 m，有效容積3 m3，水力停留時(shí)間1 h。反應(yīng)池?cái)嚢铏C(jī)兩臺(tái)，轉(zhuǎn)速60 rpm，電機(jī)功率0.37 kW。

(3)沉淀池。

1座，尺寸2 m×2 m×3.5 m，有效容積11 m3，表面負(fù)荷0.86 m3/(m2·h)。

(4)反應(yīng)池。

1座，尺寸0.8 m×2.5 m×2.5 m，有效容積3 m3，水力停留時(shí)間1 h。澄清攪拌機(jī)3臺(tái)，轉(zhuǎn)速60 rpm，電機(jī)功率0.37 kW。

(5)混合澄清池。

1座，尺寸2.5 m×2.5 m×3.5 m，有效容積18.7 m3，表面負(fù)荷0.48 m3/(m2·h)。

氣動(dòng)隔膜污泥泵兩臺(tái)，流量揚(yáng)程540 L/min。

(6)混凝沉淀池。

1座，尺寸1 m×2 m×2 m，有效容積3 m3，水力停留時(shí)間1 h?；炷龜嚢铏C(jī)兩臺(tái)，轉(zhuǎn)速60 rpm，電機(jī)功率0.37 kW。

(7)沉淀池。

1座，尺寸2 m×2 m×3.5 m，有效容積11 m3，表面負(fù)荷0.86 m3/(m2·h)。

5 工藝運(yùn)行效果分析

5.1 工藝運(yùn)行效果

通過(guò)一個(gè)多月的調(diào)試運(yùn)行，處理后出水中砷降低到0.3 mg/L，SS為35 mg/L，F(xiàn)為7 mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)的排放標(biāo)準(zhǔn)，即砷≤0.5 mg/L，SS≤70 mg/L，pH 6～9，F(xiàn)≤10 mg/L。砷、SS和F的去除率分別達(dá)到了95.6%、97.1%和96.8%。

5.2 運(yùn)行成本分析

設(shè)備及工程總投資45.7萬(wàn)元。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用由電費(fèi)、藥劑費(fèi)用、人員工資組成。耗電費(fèi)用，以每天運(yùn)行24 h計(jì)，則每天的耗電費(fèi)用為:203.68 kW·h×0.6元/kW·h=122.21元。藥劑費(fèi)用，30%氫氧化鈉藥劑用量為288元，PAM用量為12.96元，硫酸銅用量為2.92元，石灰用量為6.68元，30%硫酸用量為57.6元。硫酸亞鐵用量很小，其費(fèi)用可忽略不計(jì)。每天24 h運(yùn)行，則藥劑總費(fèi)用為:368.16元。人工費(fèi)用為2 000元/月，總計(jì)日運(yùn)行費(fèi)用為557元/d，折合水處理成本為7.96元/t。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)常用的處理含砷廢水處理工藝比較，確定采用兩級(jí)混凝沉淀工藝處理硫酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含砷廢水。運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝能有效去除廢水中的砷、SS和F等污染物，出水水質(zhì)穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)的排放標(biāo)準(zhǔn)。利用該工藝處理含砷廢水，不僅處理后的出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且產(chǎn)生的固體廢棄物具有較高的穩(wěn)定性。該工藝的穩(wěn)定運(yùn)行為類(lèi)似含砷廢水的處理提供了實(shí)際參考。

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