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高浓度含氟废水处理工艺

中国污水处理工程网 时间:2015-1-8 14:22:33

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1 工程概况
 
某石英制品企业业务领域涉及石英提纯、高纯石英砂、石英玻璃管(棒)、石英坩埚、各种石英器件生产等。该企业生产废水排放量为240 t/d,主要污染物包括氟化物和石英砂粉末等,废水中的氟化物在50~200 mg/L。国家规定高浓度含氟工业废水必须处理后排放,GB 8789—1996规定企业对外排放含氟废水的氟化物质量浓度不得超过10 mg/L,当地环境保护局要求企业生产废水中的氟化物不得超过5 mg/L。设计进、出水水质见表 1。

表1 设计进、出水水质

 2 废水处理工艺流程
 
含氟废水的处理方法有多种:石灰沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、离子交换法和电渗析法。但这些方法都存在一定的不足,目前国内外常用的处理方法为化学沉淀法。对于高浓度含氟废水一般采用钙盐沉淀法,即向废水中投加石灰或其他可溶性钙盐,使氟离子生成氟化钙沉淀而去除。该工艺方法简单、费用低。但如果仅投加石灰或氯化钙,易与水中污染物形成可溶性盐,使废水存在一定量强电解质,由于盐效应增加了氟化钙的溶解度而降低除氟效果。如果在投加钙盐的基础上联合投加铝盐、磷盐等,处理效果比单纯投加钙盐的效果要好得多。常用絮凝剂为铝盐,铝盐投加到水中后利用Al3+ 与F- 的络合作用以及铝盐的水解中间产物,最后生成 Al(OH)3(am),通过矾花对氟离子的配体交换、物理吸附、卷扫作用去除水中的氟离子。

车间排放的含氟废水通过管路系统自流进入含氟废水调节池,经水泵提升后进入初沉池除砂,将SS降到200 mg/L以下,然后自流入混合反应池1,在该槽内投加Ca(OH)2溶液和CaCl2溶液,使氟离子生成CaF2沉淀,并将pH调整至9.5~10.0;废水随后自流入混合反应池2,在该槽内投加混凝剂PAC溶液,Al3+ 与F-络合生成羟基氟化铝化合物以及铝盐水解中间产物,部分Al3+ 生成Al(OH)3矾花对F-进行配位体交换、物理吸附、网捕而去除废水中的氟离子;然后废水自流入絮凝反应池,在该槽内投加絮凝剂PAM,增加絮凝体的沉淀效果,絮凝反应后的废水自流入斜管沉淀池,通过沉淀作用达到固液分离目的,同时使污泥得到沉淀和浓缩。斜管沉淀池出水自流入pH调整池,pH调整到6.5后通过除氟器进一步处理,除氟器出水可稳定达标排放。工艺流程如图 1所示。

 图 1 工艺流程

3 主要处理构筑物与设备
 
(1)调节池。该池用于收集和储存废水,设置液位控制器3套,设提升泵2台,1用1备;通过液位控制提升泵,高位启动,低位停止,超低位报警。该池为钢砼结构,内衬FRP,工艺尺寸为12 000 mm× 6 000 mm×4 500 mm。

(2)初沉池。从调节池收集的废水通过提升泵泵入初沉池,采用竖流式沉淀池,该池处理能力大,处理效率高,停留时间短,占地面积小。废水在重力作用下进行固液分离,上清液进入下一道工序,沉淀的泥渣通过渣浆泵打入污泥池。该池采用钢砼结构,内衬FRP防腐,工艺尺寸为5 000 mm×5 000 mm× 6 500 mm ,共设1座,有效容积87.5 m3。

(3)混合反应池。设pH控制器和混凝剂投加装置2套,设1套机械搅拌设施。该池为钢砼结构,内衬FRP防腐,工艺尺寸为 4 000 mm×4 000 mm× 4 500 mm,共设1座,有效容积56 m3。

(4)絮凝反应池。设药剂投加装置1套,用于自动控制定量加药;另设1套机械搅拌设施。该池为钢结构,内衬FRP防腐,工艺尺寸为 4 000 mm× 4 500 mm×4 500 mm,共设1座,有效容积72 m3。

(5)沉淀池。采用斜板沉淀池,为钢砼结构,内衬FRP防腐,工艺尺寸为 4 000 mm×11 000 mm× 4 500 mm,共设1座,有效容积176 m3。为进一步提高除氟效率可采用污泥回流的方法。由于生成的CaF2沉淀物颗粒小,给固液分离带来困难,致使沉淀后上清液中氟的浓度较高。如果将沉淀池沉降下来的污泥回流一部分至反应槽,即相当于向反应槽投加氟化钙晶体,可促进氟化钙沉淀生成和促使氟化钙沉淀物颗粒增大,能有效改善沉淀效果,降低出水中氟的浓度。

(6)集水桶。用于收集沉淀处理后的含氟废水,采用PE水箱 ,容积为15 m3。

(7)pH调整池。设药剂投加装置1套,pH控制器1套,用于自动控制定量加药;另设1套机械搅拌设施,使加入的酸与废水快速混合。该池为钢结构,内衬FRP防腐,工艺尺寸为 2 000 mm×2 000 mm× 4 500 mm,共设1座,有效容积16 m3。

(8)除氟器。除氟器集过滤、吸附、交换、再生等于一体,采用压力式顺流吸附、逆流再生的方式运行。该设备的主要特点是:整机一体化占地面积小,设备投资少,运行费用低,操作简单,产水量大,除氟效果显著,使用安全可靠。当出水氟离子超标时,需进行填料再生,以恢复吸附剂的除氟能力。正常运行情况下,废水自上而下经过活性填料(活性氧化铝)吸附,达到除氟效果。再生时,再生剂自下而上流入到吸附罐内,洗脱活性填料上吸附的氟离子,再生后用水反冲洗。除氟器共有3套,正常操作时用二塔并联顺流吸附,另一塔逆流再生。主要控制参数包括: 进水pH 、流速和停留时间等。除氟器进水要求氟离子≤10 mg/L,进水悬浮物≤20 mg/L。除氟器净空尺寸:D 1 200 mm× 2 200 mm(3套),2用1备,再生周期36 h/次,保证连续运行。除氟器筒体材料为Q235衬胶。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

4 工艺控制要点和系统运行情况
 
含氟废水呈强酸性(pH为2~3),首先通过初沉池除砂,将SS降到200 mg/L以下,然后投加石灰调节pH到9.5~10.0,同时按5 mL/L的投加量加入5%的CaCl2溶液,混合反应30 min,再按照10 mL/L的投加量加入10%的聚合氯化铝(PAC),混合反应30 min,最后按照1.5 mL/L的投加量加入5%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液,混合反应60 min后沉淀出水,调整上清液pH到6.5后用除氟器处理,出水可稳定达标排放。该工程已运行2.5 a,出水F-均<5 mg/L,可稳定达标排放。实践证明对于高浓度含氟废水采用初沉池—混凝沉淀—吸附组合工艺处理是可行的。助凝剂PAM加入后,其通过架桥作用捕获悬浮的胶体粒子,加速沉淀从而降低水中氟离子。

5 经济效益分析
 
该工艺在传统钙盐沉淀法基础上作了较大改进,增加了同离子效应沉淀及絮凝沉淀反应,最后使用活性氧化铝进行吸附反应,不仅保证出水达标,而且降低了运行成本。由于大量的F-通过钙盐和铝盐沉淀去除,降低了后续吸附反应的负荷,延长了吸附剂的再生周期。在未考虑设备折旧的情况下,运行成本为10~12元/t。

6 结论
 
(1)采用初沉—混凝沉淀—吸附组合工艺对高浓度含氟废水进行处理,全过程采用加药自动控制技术保证了沉淀反应条件,出水氟化物可稳定控制在5 mg/L以下。(2)在混合反应池中投加适量PAC有助于提高氟化物的去除率,且运行成本较单独投加钙盐稍低。在未考虑设备折旧的情况下,日常运行成本为10~12 元/t。(3)在含氟废水处理过程中选择设备时需考虑设备的耐磨性和耐腐蚀性,以减少日常维护的工作量。