含鐵廢水色相治理技術探討

羅永妙

(中鹽湖南株洲化工集團有限公司,湖南株洲 412004)

含鐵廢水色相治理技術探討

羅永妙

(中鹽湖南株洲化工集團有限公司,湖南株洲 412004)

為了解決高濃度含鐵廢水引起的水體色相變化問題,運用一種高效混凝沉降技術,對初步處理后的鈦白粉生產廢水進行深度處理中試試驗。通過曝氣、中和、絮凝、混凝、過濾處理,控制流程中的 pH、藥劑投加量、絮凝和混凝沉降時間,使廢水出水含鐵量降至 1 mg/L以下,達到了國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)一級標準要求。在廢水含鐵濃度降低的同時,COD、氨氮濃度也明顯下降。因此,該技術推廣至工業實踐中是完全可行的。

含鐵廢水;混凝沉降;鈦白粉

近年來,株洲市霞灣港水質色度深、濁度高、顏色變化頻繁等污染問題日益嚴峻,經調查研究發現,中鹽湖南株洲化工集團有限公司鈦白粉廠廢水中的Fe2+和 Fe3+是引起港水色相變化的主要原因。為消除色相變化的源頭,公司擬對現有裝置處理后的廢水再進一步處理,為此開展了采用混凝沉降工藝處理的中試試驗,試驗結果表明,該處理技術有效地降低了廢水中的鐵含量。

1 鈦白粉廢水處理現狀

1.1 處理工藝流程

鈦白粉生產工藝采用硫酸法,主要污染物是酸性物質、CODcr、SS、亞鐵離子等。目前,鈦白污水處理裝置設計能力為 400 m3/h,采用中和曝氣和二級沉淀處理工藝,電石渣漿作調節酸性物質的中和劑。工藝流程見圖 1。

圖1 工藝流程圖

1.2 出水水質

根據株洲市環境監測中心站及公司環境監測站的監測結果,廢水 pH的波動范圍為 4～12,COD平均質量濃度為 95.8 mg/L,NH3-N平均質量濃度為11.9 mg/L,廢水總鐵平均質量濃度為 192 mg/L。數據表明,現有處理裝置處理效果不穩定,特別是對廢水中的鐵離子處理效果差,出水含鐵不能達到廢水排放標準要求。

1.3 總鐵含量與 pH的關系[1]

現有裝置處理后的鈦白粉廢水在靜置 2 h內基本無顏色變化,對此廢水多次進行中和及曝氣氧化試驗,發現出水鐵質量濃度如表 1所示。

表1 中和及輕度氧化出水 Fe質量濃度分析數據

1.4 變色原因分析

根據表 1分析:不同 pH的環境下中和及氧化出水,鐵質量濃度有較大的波動范圍,甚至在某些pH控制點,含鐵質量濃度變化有明顯拐點。觀察與霞灣港污水混合后的水質顏色,發現水體顏色隨鐵質量濃度的不同而變化,鐵質量濃度高時,混合水體水質顏色深,鐵質量濃度低時,混合水體基本無顏色變化。由此推出:廢水中含有高濃度鐵離子是霞灣港污水變色的主要原因,從此地區產品布局看,公司鈦白粉生產含鐵廢水治理是水變清治理的關鍵。

2 中試試驗

2.1 試驗水樣

本次中試污水主要來源于現有裝置處理后的鈦白污水,為確保本次試驗參數的可信性及后續工業放大的可能性,選定中試裝置設計流量為 1 m3/h。

2.2 工藝流程介紹

現有裝置處理后的污水進預曝池和曝氣調節池,通過曝氣,將 Fe2+氧化成 Fe3+,同時起到攪拌、均勻水質的作用;曝氣調節池出水自流入混合池,在混合池內投加純堿和 PAC,去除水中的懸浮固體、膠體粒子、硅化合物、有機物和鐵離子,同時適當調節廢水中的 pH;混合池出水自流入絮凝反應池,在反應池加入絮凝劑 PAM使廢水更好地形成絮凝體;經絮凝反應的出水自流入沉淀池,大顆粒絮凝體在沉淀池中沉淀分離;清液自流進入二次混凝池[2];二次混凝后的出水自流入過濾池,過濾池采用石英砂濾料,濾料將水中未沉淀的微小懸浮顆粒截留[3],過濾池的出水自流排放。

2.3 工藝參數

含鐵廢水色相污染治理裝置工藝參數見表 2。

2.4 主要單元工藝機理及性能

2.4.1 曝氣調節池

污水進行曝氣,使空氣在水中形成不同尺寸的氣泡,氣泡經過上升和水流循環流動,最后在液面處破裂,實現轉移過程,該過程使水中的還原性物質得到氧而被氧化,從而也降低了水中的 COD。同時,在調節過程中伴有沉淀和氧化作用,提高了廢水的可處理性。

注:中試裝置進水量為 1 m3/h。

2.4.2 混合池

混合池的作用是使藥劑迅速均勻地擴散到全部水中,以創造良好的水解和聚合條件,使膠體脫穩,并借助顆粒的布朗運動和流動水體進行絮凝。該工藝主要是通過機械混合攪拌,使廢水與投加的純堿和 PAC均勻快速反應,除去水中的懸浮固體、膠體粒子、硅化合物、有機物和鐵離子等,同時起到調節廢水中 pH的作用。

2.4.3 絮凝反應池

在適當的水力條件下,污水與藥劑混合產生微絮凝體,通過絮凝反應池在一定時間內形成肉眼可見的密實絮凝體,具有足夠大的粒度 (0.6～1.0 mm)、密度和強度,為在后續階段迅速分離沉降創造良好的條件[2]。

2.4.4 二次混凝池

混凝沉淀是處理工業廢水中一種常采用的方法,它處理的對象是廢水中利用自然沉淀法難以沉淀除去的細小懸浮物及膠體微粒,可以降低廢水的濁度和色度,去除多種高分子有機物和某些重金屬。廢水中的微小懸浮物及膠體微粒互相產生凝聚作用,成為顆粒較大、易于沉降的絮凝體[2]。

2.4.5 過濾池

過濾是凈化廢水的一種物理方法,通過過濾介質的表面或濾層截留水體中懸浮固體和其他雜質。采用較傳統的石英砂作濾料,主要優點是:有足夠的機械強度,價廉易得,化學性質穩定,具有一定的顆粒級配和適當的空隙,且使用效果好。

3 中試運行情況

含鐵廢水色相治理中試裝置,經過 14 d的連續運行,一直比較平穩,經受了多次進水水質較差的考驗;處理后的污水水質指標都達到了預期的效果。中試裝置進出污水水質情況見表 3。

表3 中試裝置進出污水水質情況

4 中試運行成本分析

1 m3/h污水中試處理系統運行成本估算見表 4。

表4 中試處理系統運行成本估算

5 試驗結果與討論

中試從 2008年 2月 27日至 3月 11日進行,試驗時廢水的 pH為 7.0～11.45,進水的流量、停留時間均保持穩定,流量控制在 1.0 m3/h,混合、絮凝反應時間為 30 min,沉淀時間為 90 min,且按照中試方案的取樣時間、頻率進行化驗分析。分析試驗數據,可以得出以下結論:1)經過“曝氣調節 +混凝沉淀 +過濾”工藝流程后,廢水中的鐵離子殘留量達到1 mg/L以下,CODcr降低較多,色度脫除較大。這表明空氣氧化法、混凝沉淀法和石英砂過濾對鐵離子的去除效果較好、較穩定;對色度的脫除很明顯;對 CODcr的去除率達到了 30%以上。2)經過“曝氣調節 +混凝沉淀 +過濾”工藝流程后,出水的NH3-N去除率達到 8%～26%,進一步降低了廢水中氨氮的排放濃度。3)鐵的去除要達到最佳效果,在混合和絮凝兩個過程中 pH、溫度[3]、藥劑的投加量及攪拌速度的控制是重點。綜上所述,中試裝置設計合理,運行穩定,出水水質平穩,運行成本低,處理效果達到了預期的目的,且為廢水的回用提供了前期的保證,該方案可以應用于工程實例中。

[1] 魏先勛,陳信常.環境工程設計手冊[M].湖南:湖南科學技術出版社,1992:440-441.

[2] 王小文,張雁秋.水污染控制工程[M].北京:煤炭工業出版社,2002:52-62.

[3] 陸柱,陳中興,蔡蘭坤,等.水處理技術 [M].上海:華東理工大學出版社,2006:23-27,30-35.

D iscussion on color treat ment technology of iron-conta in ing wastewater

Luo Yongmiao
(CNSIC Hu′nan Zhuzhou Chem ical Group Co.,Ltd.,Zhuzhou412004,China)

In order to solve thewater color change caused by high concentration iron-containingwastewater,a pilot scale exper iment for deep treatmentof pretreatedwastewater from titanium dioxide productionwas carried out by using an high efficient coagulation settlement technology.Through aeration,neutralization,flocculation,coagulation as well as filtering treatment and controlling pH,adding dosage,flocculation,and coagulation-settling time in the process,iron content ofwastewater at the outletwas declined to 1 mg/L which reached the pr imary standard requirements of theNational IntegratedWastewater Discharge Standard(GB 8978—1996).At the same time,COD and concentration of ammonia-and-nitrogen were also decreased obviously.Therefore,it is entirely feasible to promote the technology to the industrial practice.

iron-containingwastewater;coagulation settlement;titanium dioxide

TQ138.11

A

1006-4990(2010)04-0055-03

2009-12-23

羅永妙 (1981— ),男,大學本科,工程師,主要研究方向為環境工程技術。

聯系方式:miao2386505@163.com