石灰沉淀-電凝聚法處理高含氟酸性廢水工程設(shè)計(jì)

趙凌波，夏 傳，吳 班

(1.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410011；2. 中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083)

污酸污水治理

石灰沉淀-電凝聚法處理高含氟酸性廢水工程設(shè)計(jì)

趙凌波1，夏 傳1，吳 班2

(1.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410011；2. 中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083)

介紹了采用石灰沉淀-電凝聚工藝處理高含氟酸性廢水工藝的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工藝流程、主要構(gòu)筑物和設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)試和工程運(yùn)行效果。試運(yùn)行階段的出水水質(zhì)表明：該工藝處理高含氟酸性廢水的效果好，出水氟化物達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

氟 酸性廢水 石灰沉淀 電凝聚

氟盡管是人體必需的微量元素之一，可一旦大量攝入會(huì)對(duì)人體及有關(guān)生物存在極大的危害。氟的攝入與飲水中的氟含量成正相關(guān)，因此，必須嚴(yán)格控制水體氟含量。我國(guó)某些地區(qū)的地球化學(xué)特征使該區(qū)域水源含氟量大于1.0 mg/L，從而造成地方性氟中毒，某些高濃度含氟工業(yè)廢水的排放，更對(duì)人們身體健康造成很大威脅。隨著現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，各種含氟工業(yè)廢水排放量增多，研究含氟廢水處理工藝以控制水體中氟含量已成當(dāng)務(wù)之急。

湖南某企業(yè)工藝階段產(chǎn)生高濃度含氟酸性廢水，pH值低于1，最高氟離子質(zhì)量濃度達(dá)4.2 g/L。筆者基于鈣離子與氟離子結(jié)合生成難溶于水的氟化鈣，利用同離子效應(yīng)理論，得出了最佳方案，并以該方案為基礎(chǔ)進(jìn)行該廠污水處理的工藝設(shè)計(jì)。

1 高氟廢水水質(zhì)水量

不經(jīng)預(yù)處理直接進(jìn)入含氟污水處理調(diào)節(jié)池的廢水總水量為256.5m3/h，考慮一定的設(shè)計(jì)富余和藥劑溶液添加量，確定含氟污水處理裝置的建設(shè)規(guī)模為300 m3/h，充分滿足處理要求。經(jīng)加權(quán)平均，含氟污水調(diào)節(jié)池中污水水質(zhì)以氟化物質(zhì)量濃度1.6 g/L考慮。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)為氟化物質(zhì)量濃度低于10 mg/L，pH值為6～9，固體懸浮物質(zhì)量濃度小于或等于70 mg/L，鉻化學(xué)需氧量小于或等于100 mg/L，色度小于或等于50。

2 高氟廢水處理工藝及流程

沉淀法是處理高濃度含氟廢水一個(gè)運(yùn)用較為廣泛的方法，通過(guò)投加化學(xué)藥劑生產(chǎn)氟化物或絮凝沉淀，通過(guò)固-液分離達(dá)到去除的目的，藥劑、反應(yīng)條件和固-液分離的效果決定了沉淀法的處理效率?；瘜W(xué)沉淀法主要應(yīng)用于高濃度含氟廢水處理，采用較多的是鈣鹽沉淀法，即石灰沉淀法，通過(guò)向廢水中投加鈣鹽等化學(xué)藥劑，使Ca2+與F-反應(yīng)生成CaF2沉淀，從而實(shí)現(xiàn)除去廢水中F-的目的。該工藝簡(jiǎn)單方便，費(fèi)用低，但不足之處是處理后的廢水中氟質(zhì)量濃度達(dá)15 mg/L，再加石灰水，很難形成沉淀物，因此該方法一般適于高濃度含氟廢水一級(jí)處理反應(yīng)。

電凝聚法在小規(guī)模水處理中應(yīng)用較廣[1]，如飲用水處理、除油、脫色、去除五日生化需氧量等，其突出特點(diǎn)是：高效、占地小、易于設(shè)備化和自動(dòng)控制。電凝聚過(guò)程實(shí)際是一個(gè)電解過(guò)程，采用可溶性電極如鋁和鐵。該設(shè)計(jì)采用鋁板作為電極，在外部電流的作用下鋁極板發(fā)生溶解，電極溶解過(guò)程有2個(gè)：陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)溶解，陰極發(fā)生化學(xué)沉淀。鈣鹽-電凝聚法易于控制，可產(chǎn)生良好的混凝，對(duì)顆粒細(xì)小的CaF2進(jìn)行混凝吸附，比常規(guī)藥劑混凝效果好，出水氟化物質(zhì)量濃度低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)10 mg/L。

該工程中F-質(zhì)量濃度達(dá)到1.6 g/L，濃度非常高，采用“石灰沉淀-電凝聚”除氟。含氟污水經(jīng)投加石灰乳之后pH值調(diào)節(jié)到10.5～12，進(jìn)入濃密池沉淀，上清液經(jīng)pH調(diào)節(jié)池投加硫酸鋁和硫酸將pH值調(diào)節(jié)到7，進(jìn)入電凝聚設(shè)備，經(jīng)電凝聚設(shè)備深度除氟后達(dá)標(biāo)排放或回用。高氟廢水石灰中和-電絮凝法處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 高氟廢水石灰中和-電絮凝法處理工藝流程

污泥處理方面：濃密機(jī)氟化鈣沉渣由壓濾泵送至壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，壓濾后的氟化鈣渣運(yùn)至廠區(qū)氟石膏倉(cāng)庫(kù)，外賣(mài)給建材公司，壓濾后的濾液回流至含氟污水調(diào)節(jié)池，進(jìn)入后續(xù)處理流程。

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)計(jì)參數(shù)

1)事故池。事故池尺寸為15 m×12 m×3 m，地下式。

2)調(diào)節(jié)池。污水停留時(shí)間5 h，調(diào)節(jié)容積1 500 m3，調(diào)節(jié)池尺寸為42 m×12 m×3 m，地上式。調(diào)節(jié)池分為3格，并設(shè)置清淤措施。含氟污水的提升泵采用4臺(tái)150FUH-26S工程塑料臥式泵，每2臺(tái)為1組，1用1備，將調(diào)節(jié)池中廢水輸送至中和反應(yīng)池。單臺(tái)臥式泵的性能為Q=150 m3/h，H=24 m，P=30 kW，配套電機(jī)為Y200L-4型?？拷{(diào)節(jié)池北面安裝3具室外地上式消火栓，用于清池時(shí)沖洗池內(nèi)的淤泥。

3)中和反應(yīng)池。2座，合建，每座反應(yīng)時(shí)間為60 min，采用3格矩形鋼混結(jié)構(gòu)，單格尺寸為3.5 m×3.5 m×4.0 m。每格設(shè)置1臺(tái)LFJ-300型攪拌機(jī)，攪拌功率為7.5 kW。池底設(shè)放空管，清池或者檢修時(shí)，可將池內(nèi)污水放空至調(diào)節(jié)池。

4)濃密池。2座，濃密池直徑為18 m，濃密池排泥選用GZN-18型周邊傳動(dòng)高效濃縮機(jī)，電機(jī)功率達(dá)7.5 kW，可對(duì)氟化鈣沉渣進(jìn)行高效濃縮和沉降。濃密池底部布置2臺(tái)XB144-70排泥泵，1用1備，用于將濃密池錐底高濃度的底泥抽送至污泥壓濾車(chē)間，進(jìn)行壓濾脫水。底部排泥管設(shè)反沖洗水管，用于排泥管的疏通。

5)電凝聚設(shè)備間。單層廠房，規(guī)模為18 m×6 m，凈空6 m。內(nèi)設(shè)3套含氟廢水電凝聚深度處理成套設(shè)備，每套處理能力達(dá)100 m3/h，功率為75 kW。

6)回水池。停留時(shí)間為6.7 h，回水池有效容積為2 000 m3，回水池旁邊布置2臺(tái)IHF80-65-160型離心泵作為回用水泵，1用1備，將處理達(dá)標(biāo)污水回用至廠區(qū)。

7)壓濾間。2層廠房，一層為泥餅運(yùn)輸間，壓濾機(jī)置于二層樓面，氟化鈣沉渣的脫水選用3臺(tái)XAZGF200/1250-UK型壓濾機(jī)，2用1備。單臺(tái)過(guò)濾面積為200 m2，濾室容積為3.22 m3，電機(jī)功率為4 kW。

8)加藥間。加藥車(chē)間采用單層廠房，規(guī)模為24 m×15 m，污水處理站附近已建有石灰消化和制漿廠房，設(shè)計(jì)加藥間時(shí)只需考慮石灰乳儲(chǔ)槽和投加泵。設(shè)計(jì)2個(gè)4.7 m×4.7 m×3.7 m的矩形混凝土池作為石灰乳儲(chǔ)槽，每個(gè)儲(chǔ)槽布置2臺(tái)50FDU-30工程塑料低轉(zhuǎn)速料漿泵，1用1備，用于石灰乳投加。每個(gè)儲(chǔ)槽安裝LFJ-350型攪拌機(jī)，攪拌功率7.5 kW，且儲(chǔ)槽用素混凝土做圓角填充處理，防止石灰乳靜置沉降。其他藥劑的制備和投加均采用成套加藥裝置。

4 工程運(yùn)行效果

該項(xiàng)目于2013年4月完成施工圖設(shè)計(jì)，2013年12月完成主體施工。調(diào)試和試運(yùn)行階段多次對(duì)出水進(jìn)行取樣分析，出水水質(zhì)氟化物質(zhì)量濃度穩(wěn)定在10 mg/L以下。含氟污水處理前后指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 含氟污水處理前后指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

采用石灰沉淀-電凝聚工藝處理高氟酸性廢水，比采用傳統(tǒng)化學(xué)藥劑沉淀法去除CaF2的效果更好，且易于控制，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

在優(yōu)化工藝條件下，處理后出水氟化物等指標(biāo)達(dá)到GB 8978—1996一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)要求，可實(shí)現(xiàn)直接回用，從而實(shí)現(xiàn)高氟酸性廢水的資源化與“零”排放，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 范建偉，張杰．鈣鹽-電凝聚法處理含氟工業(yè)廢水[J]．工業(yè)用水與廢水，2006，37(1)：48-51.

Engineeringdesignoftreatingacidwastewaterwithhighfluorinebylimeprecipitation-electrocoagulation

ZHAOLingbo1，XIAChuan1，WUBan2

(1.Changsha Nonferrous Metallurgy Design & Research Institute Ltd., Changsha，Hunan, 410011, China；2. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha，Hunan, 410083, China)

Design feature, process flow, main structure and design parameter, alignment and operation effect of treating acidic wastewater with high fluorine by lime precipitation-electrocoagulation are introduced. Effluent quality during trial operation showed that the technique had better effect of disposing acid wastewater with high fluorine, and concentration of fluoride in effluent met primary standard of GB 8978—1996SewageComprehensiveEmissionStandard.

fluoride； acid wastewater； lime precipitation； electrocoagulation

2017-08-05。

趙凌波，男，長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，主要從事環(huán)境工程、市政工程研究與設(shè)計(jì)。電話：0731-84397197；E-mail：cinf_zlb@126.com。

TQ111.16;X703

B

1002-1507(2017)10-0032-03