廣西藤縣鈦白副產(chǎn)硫酸亞鐵綜合利用研究

李炎華 解慶林 游少鴻

(1.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林 541004;2.廣西藤縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣西梧州 543300)

藤縣是我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)大縣，是廣西鈦白企業(yè)最集中的地區(qū)，是全國(guó)第二大鈦白企業(yè)集中區(qū)，素有“中國(guó)鈦白之都”的美譽(yù)。2012年，藤縣鈦白粉年總產(chǎn)量達(dá)到9.5萬(wàn)t，約占全國(guó)的5%，鈦白粉總產(chǎn)能占廣西的42.8%。目前，境內(nèi)鈦白粉企業(yè)采用的均是國(guó)內(nèi)普遍使用的比較成熟的硫酸法生產(chǎn)工藝。硫酸亞鐵是硫酸法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)鈦白粉的主要副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1 t鈦白粉，要產(chǎn)出硫酸亞鐵3 t左右［1-3］。大量的硫酸亞鐵往往不能及時(shí)外銷而堆放在堆場(chǎng)里，占用了大量空間，甚至一部分當(dāng)作廢物而任其流失。因此，鈦白副產(chǎn)物硫酸亞鐵的綜合利用迫在眉睫。藤縣及周邊地區(qū)(蒼梧、岑溪等)是廣西松脂加工的主產(chǎn)區(qū)，本文遵循清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，用鈦白副產(chǎn)硫酸亞鐵混凝沉淀處理松脂加工產(chǎn)出的高濃度難降解有機(jī)廢水，就地取材，以廢治廢，操作費(fèi)用低，無(wú)新的污染，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1)實(shí)驗(yàn)儀器。PHS-3C型酸度計(jì)，TG328A型分析天平，WXJ-Ⅲ型微波消解儀，JJ-4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器。2)實(shí)驗(yàn)試劑。濃硫酸(分析純);重鉻酸鉀(分析純);硫酸銀(分析純);六水合硫酸亞鐵銨(分析純)、石灰乳(由工業(yè)生石灰現(xiàn)用現(xiàn)配，質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在8%～10%);硫酸亞鐵取自廣西金茂鈦業(yè)有限公司;廢水取自藤縣裕龍林產(chǎn)化工有限公司廢水處理池進(jìn)口，水質(zhì)成分見(jiàn)表1。3)實(shí)驗(yàn)方法。取松脂廢水200 mL于燒杯中，分別調(diào)節(jié)混凝處理的pH值、混凝劑的投加量和混凝沉降時(shí)間，混凝沉淀后取上清液進(jìn)行分析，以CODCr和SS的去除率為指標(biāo)，確定最佳條件。

表1 藤縣裕龍林產(chǎn)化工有限公司廢水水質(zhì)成分

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 混凝處理最佳pH值的確定

取松脂廢水200 mL，先用石灰乳調(diào)節(jié)pH值到指定值(7.5，8.5，9.5，10.5，11.5，12.5，13.5)，分別加入 150 mg 硫酸亞鐵，攪拌10 min(其中快速攪拌2 min，慢速攪拌8 min;快速攪拌強(qiáng)度為200 r/min、慢速攪拌強(qiáng)度為80 r/min)，攪拌后靜置沉淀20 min，取上清液分析，不同pH值條件下的結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，CODCr和SS去除率隨著pH值升高而逐漸升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)11.5時(shí)，CODCr去除率達(dá)到最高，此時(shí)，CODCr和 SS的去除率分別達(dá)到了68.61%和60.68%。pH值再升高，CODCr的去除率并沒(méi)有繼續(xù)升高，反而是緩慢下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是pH值的變化對(duì)混凝劑的混凝效果、膠體顆粒表面的ξ電位等產(chǎn)生了很大影響［4］。在最佳pH值時(shí)，混凝反應(yīng)的速度快，絮凝體的溶解度最小，混凝效果最好;當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，絮凝體凝聚作用差，重新溶解而無(wú)法形成穩(wěn)定的沉淀，所以最佳pH值為11.5。

圖1 不同pH值條件下混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 混凝劑最佳投加量的確定

取松脂廢水200 mL，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值到最佳值，分別加入不同量的硫酸亞鐵 (10 mg，50 mg，100 mg，150 mg，200 mg，250 mg)，攪拌10 min(其中快速攪拌2 min，慢速攪拌8 min;快速攪拌強(qiáng)度為200 r/min、慢速攪拌強(qiáng)度為80 r/min)，攪拌后靜置沉淀20 min，取上清液分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，CODCr和SS去除率隨著投加量的增加而逐漸升高，當(dāng)投加量為150 mg，即投加質(zhì)量濃度為750 mg/L時(shí)，CODCr和SS的去除率達(dá)到最高，分別達(dá)到了70.40%和61.36%，然后隨著投加量的增加而逐漸下降。這是由于開(kāi)始加入的混凝劑量不夠，不能充分吸附污水中的膠體粒子使之脫穩(wěn);投藥量增多時(shí)，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)混凝反應(yīng)的發(fā)生，促使廢水中的膠體脫穩(wěn)沉淀。當(dāng)投藥量達(dá)到150 mg之后，CODCr和SS的去除率開(kāi)始下降，這是因?yàn)橥端幜窟^(guò)多達(dá)到飽和時(shí)便不再能夠加快反應(yīng)的進(jìn)行，反而會(huì)因?yàn)檫^(guò)多的混凝劑殘留在污水中而增大CODCr。此外過(guò)多的混凝劑也會(huì)導(dǎo)致膠體重新回到污水中，使CODCr和SS升高。因此，最佳混凝劑投加量為750 mg/L。

圖2 不同硫酸亞鐵投加量條件下混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 混凝處理最佳沉降時(shí)間的確定

取松脂廢水200 mL，用石灰乳調(diào)節(jié)pH到最佳值，分別加入最佳投加量的硫酸亞鐵，在相同的攪拌時(shí)間和攪拌強(qiáng)度條件下，沉降不同時(shí)間(10 min，20 min，30 min，40 min，50 min)后取上清液分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，CODCr和SS去除率開(kāi)始隨著混凝沉淀時(shí)間的增加而逐漸升高，然后慢慢趨于平穩(wěn)。當(dāng)混凝沉淀時(shí)間為30 min時(shí)，CODCr和SS的濃度分別為585 mg/L和87 mg/L，去除率分別為79.46%和70.51%。此后，再增加混凝沉淀的時(shí)間，CODCr和SS的去除率也沒(méi)有明顯提高。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)觀察，沉淀30 min時(shí)效果已經(jīng)很好，上清液清澈透明，絮狀沉淀物結(jié)實(shí)，不易被重新漂浮起來(lái)，因而最佳沉淀時(shí)間為30 min。

圖3 不同沉降時(shí)間條件下混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 處理成本與效益分析

3.1 處理成本

鈦白企業(yè)產(chǎn)出大量的硫酸亞鐵往往不能及時(shí)外銷而堆放在堆場(chǎng)里，占用了大量空間，甚至一部分當(dāng)作廢物而任其流失。有時(shí)候鈦白企業(yè)為了騰出堆場(chǎng)空間，需要的單位可以免費(fèi)拉走廢棄的硫酸亞鐵。松脂企業(yè)可以加強(qiáng)與鈦白企業(yè)的溝通、聯(lián)系，充分利用堆場(chǎng)里被當(dāng)作“廢物”部分的硫酸亞鐵，實(shí)現(xiàn)共贏局面。因此，用鈦白副產(chǎn)物硫酸亞鐵混凝沉淀處理縣內(nèi)及周邊地區(qū)的松脂加工廢水，其處理材料硫酸亞鐵的成本是非常低的，幾乎可忽略不計(jì)。

3.2 效益分析

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，混凝沉淀處理后廢水的CODCr和SS的濃度分別為585 mg/L和87 mg/L，去除率分別為79.46%和70.51%，大大降低了后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)荷，處理后廢水的CODCr基本達(dá)到了排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的要求(500 mg/L)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)用硫酸亞鐵混凝沉淀處理松脂加工廢水的最佳條件是:pH值為11.5，硫酸亞鐵的投加量為750 mg/L，沉淀時(shí)間為30 min。

2)處理后松脂加工廢水的 CODCr和 SS濃度分別降到了585 mg/L 和 87 mg/L，去除率分別為79.46%和70.51%，CODCr基本達(dá)到了排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的要求。

3)用硫酸亞鐵混凝沉淀處理松脂加工廢水操作費(fèi)用低，可以實(shí)現(xiàn)以廢治廢，無(wú)新的污染，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

［1］唐振寧.鈦白粉的生產(chǎn)與環(huán)境治理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:231-251.

［2］劉海寧，關(guān)曉輝.鈦白生產(chǎn)副產(chǎn)硫酸亞鐵的綜合利用［J］.環(huán)境工程，2003，21(5):74-76.

［3］謝四才.鈦白粉廠硫酸亞鐵資源綜合利用實(shí)驗(yàn)研究［J］.廣東化工，2012，39(2):128-129.

［4］郭沛涌，陳克誠(chéng)，劉 英.化學(xué)混凝法處理制革廢水中鉻的研究［J］.工業(yè)水處理，2008，28(9):37-39.