兩級(jí)沉淀法處理高濃度含氟廢水工程設(shè)計(jì)研究

吳煌州

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

1 工程概況

1.1 工程背景

某光電公司液晶顯示屏生產(chǎn)車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高濃度含氟化物、硫酸鹽及SS等廢水，該廢水污染物嚴(yán)重超標(biāo)。氟離子為國(guó)家規(guī)定一類(lèi)污染物，對(duì)人體很多組織系統(tǒng)有致癌作用。同時(shí)過(guò)量接納硫酸鹽會(huì)產(chǎn)生加速甲基汞的生成，造成水生植物必要微量金屬元素的缺失，所生成的產(chǎn)物硫化氫具有很強(qiáng)毒性，進(jìn)而改變水體原有的生態(tài)功能，導(dǎo)致魚(yú)蝦滅絕，使水體喪失原有的生態(tài)功能。因此，如處理不當(dāng)會(huì)對(duì)周邊水體造成嚴(yán)重污染。

1.2 進(jìn)水水量水質(zhì)分析

根據(jù)車(chē)間生產(chǎn)工藝及類(lèi)比光電公司相近生產(chǎn)規(guī)模，最終確定本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為900 m3/d。該廢水水質(zhì)為無(wú)機(jī)廢水，整體呈現(xiàn)乳白色，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 含氟廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) 單位:mg/L

1.3 處理目標(biāo)

根據(jù)項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告要求，液晶顯示屏生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后需達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962-2015)B等級(jí)、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的規(guī)定，出水排至市政污水配套管網(wǎng)，并入下游市政污水處理廠進(jìn)一步深度處理達(dá)標(biāo)后排放。為了保證足夠富余量，出水指標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值如表2所示。

表2 含氟廢水設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 單位：mg/L

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝比選

含氟廢水處理工藝主要包括化學(xué)沉淀法、混凝沉淀法、吸附法等技術(shù)[1]。針對(duì)高濃度含氟廢水，化學(xué)沉淀法與混凝沉淀法聯(lián)合采用較多，即采用沉淀劑與混凝劑、助凝劑聯(lián)用，克服早期沉淀法存在的泥渣沉降緩慢且脫水難等問(wèn)題，具有運(yùn)行操作簡(jiǎn)便、處理費(fèi)用低、除氟效果好等優(yōu)點(diǎn)[2]。結(jié)合本工程進(jìn)水水質(zhì)，采用化學(xué)沉淀法與混凝沉淀法聯(lián)用作為含氟廢水的處理工藝，如圖1所示。

圖1 含氟無(wú)機(jī)廢水處理工藝流程圖

2.2 工藝流程

含氟無(wú)機(jī)廢水由廠區(qū)污水專(zhuān)管輸送至格柵渠，經(jīng)調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量后提升至一級(jí)反應(yīng)池，通過(guò)投加石灰乳及氯化鈣，在堿性條件下將廢水中氟離子和硫酸鹽反應(yīng)生成難溶物質(zhì)，經(jīng)氯化鐵及PAM(聚丙烯酰胺)混凝后，自流至一級(jí)沉淀池沉淀，上清液自流至中間水池后，泵送至二級(jí)反應(yīng)池，向污水中加氯化鈣、氯化鐵、PAM進(jìn)一步去除氟離子和硫酸鹽，最后經(jīng)二級(jí)沉淀后上清液進(jìn)入出水混合池，與廠區(qū)內(nèi)處理達(dá)標(biāo)的有機(jī)廢水尾水(規(guī)模：1200 m3/d)充分混合后達(dá)標(biāo)排放。一級(jí)沉淀池和二級(jí)沉淀池產(chǎn)生的污泥定時(shí)排入污泥平衡池，經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水后達(dá)到60%后外運(yùn)處置。

2.3 工程設(shè)計(jì)

為了節(jié)省占地，污水處理采用綜合處理池，包含調(diào)節(jié)池、一級(jí)反應(yīng)池、一級(jí)沉淀池、中間水池、二級(jí)反應(yīng)池、二級(jí)沉淀池等。水池采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用耐氫氟酸型呋喃樹(shù)脂進(jìn)行防腐。

2.3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池平面凈尺寸為10.0 m×7.3 m，凈深3 m，有效容積219 m3。設(shè)置干式污水提升泵2臺(tái)，1用1備，單泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=3.0kW，變頻控制；設(shè)風(fēng)機(jī)2套，1用1備，每套風(fēng)量Q=15.3 m3/min，風(fēng)壓P=49kPa，功率：18.5kW。池底設(shè)穿孔曝氣管，采用空氣對(duì)進(jìn)水進(jìn)行混合攪拌。

2.3.2 一級(jí)反應(yīng)池

2.3.3 一級(jí)沉淀池

一級(jí)沉淀池采用輻流沉淀池，平面凈尺寸為8.0×8.0 m，有效表面積61 m2，池邊水深3.4 m，表面負(fù)荷0.74 m3/(m2·h)，采用氣提排泥。設(shè)置刮泥機(jī)1臺(tái)，直徑8 m，N=0.75 kW。

2.3.4 中間水池

中間水池用于混合一級(jí)沉淀池出水。平面凈尺寸為8.0 m×5.0 m，有效水深3.7m。設(shè)置提升潛污泵2臺(tái)，1用1備，單泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=2.2 kW，變頻控制。

2.3.5 二級(jí)反應(yīng)池

二級(jí)反應(yīng)池分兩格，每格平面凈尺寸2.0 m×2.0 m，凈深4.0 m，第一格投加氯化鈣及氯化鐵進(jìn)一步化學(xué)沉淀和混凝沉淀氟離子，第二格投加PAM進(jìn)行助凝。設(shè)置攪拌機(jī)2臺(tái)，一臺(tái)功率0.75 kW，轉(zhuǎn)速65 rpm，一臺(tái)功率0.37 kW，轉(zhuǎn)速38 rpm。

2.3.6 二級(jí)沉淀池

二級(jí)沉淀池采用輻流沉淀池，平面凈尺寸為8.0 m×8.0 m，有效表面積61 m2，池邊水深3.35 m，表面負(fù)荷0.74 m3/(m2·h)，采用氣提排泥，設(shè)置刮泥機(jī)1臺(tái)，直徑8 m，N=0.75 kW。

2.3.7 出水混合池

用于混合含氟廢水處理尾水與廠區(qū)內(nèi)有機(jī)廢水處理尾水(規(guī)模為1200 m3/d)，平面內(nèi)尺寸為10.75 m×3.4 m，凈深4.4 m。

2.3.8 加藥間

配備石灰投加系統(tǒng)(料倉(cāng)容積40 m3，含氣動(dòng)破拱系統(tǒng)、倉(cāng)頂除塵器、螺旋給料機(jī)、料位計(jì)、雙螺旋稱(chēng)重喂料器、超聲波液位計(jì)、比例調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、制備罐及儲(chǔ)存罐等)；石灰加藥螺桿泵2臺(tái)，一用一備，Q=300 L/h，P=0.3 MPa，N=1.5 kW；氯化鈣溶液儲(chǔ)存槽2個(gè)，容積15 m3；氯化鐵溶液儲(chǔ)存槽2個(gè)，容積8 m3；PAM投加裝置1套，制備速率1 m3/h。

2.3.9 污泥平衡池

污泥平衡池用于收集沉淀后污泥，分兩格設(shè)計(jì)，每格平面凈尺寸為5.20 m×4.30 m，有效水深5.0 m。

2.3.10 污泥脫水機(jī)房及污泥堆棚

將儲(chǔ)泥池內(nèi)的污泥，通過(guò)污泥提升泵進(jìn)入板框壓濾機(jī)，進(jìn)行污泥脫水處理。污泥脫水機(jī)房尺寸為27.5 m×12.75 m×13 m，污泥堆棚尺寸為19.35 m×12.00 m×6.0 m。設(shè)計(jì)隔膜板框壓濾機(jī)2臺(tái)，過(guò)濾面積A=200 m2；進(jìn)泥螺桿泵2臺(tái)，Q=21～25 m3/h，H=120 m，N=22 kW；隔膜壓榨離心泵2臺(tái)，Q=8 m3/h，H=167 m，N=7.5 kW；洗布泵1臺(tái)，Q=10.2 m3/h，H=600 m，N=30 kW；儀表用空壓機(jī)2臺(tái)，1用1備，Q=0.85 m3/min，PN=0.85 MPa，N=5.5 kW；吹風(fēng)用空壓機(jī)：1臺(tái)，Q=9.6 m3/min，PN=0.85 MPa，N=55 kW。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 沉淀池采用輻流沉淀池，排泥方式采用氣提排泥

為了解決沉淀池因使用石灰造成的污泥板結(jié)，進(jìn)而無(wú)法排泥的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)沉淀池采用輻流沉淀池，利用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的刮泥機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行攪動(dòng)。同時(shí)利用廠區(qū)高壓空氣管線(xiàn)，通入排泥豎管，采用氣提方式進(jìn)行排泥，既節(jié)省排泥泵，又有效減少管道堵塞?？紤]輻流沉淀池中心排泥橫管有可能出現(xiàn)堵塞情況，設(shè)計(jì)于氣提管后增設(shè)閥門(mén)，通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)，將高壓氣體反向注入沉淀池中心，解決堵塞問(wèn)題。

3.2 提升泵采用內(nèi)襯氟塑料干式泵

由于進(jìn)水氟離子濃度較高，為有效防止設(shè)備腐蝕，水泵采用內(nèi)襯氟塑料干式泵，解決水泵腐蝕問(wèn)題，并利用真空引水罐引水。

3.3 含氟高濃度廢水與低濃度廢水均采用單管排放

為了便于調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)池水質(zhì)，設(shè)計(jì)將高濃度廢水與低濃度濃液分別采用單管排放。高濃度廢水單獨(dú)排入高位儲(chǔ)水池，通過(guò)控制重力投加至調(diào)節(jié)池的水量，對(duì)一級(jí)反應(yīng)池進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)設(shè)計(jì)出水混合池至調(diào)節(jié)池應(yīng)急管道，用于超標(biāo)水質(zhì)調(diào)節(jié)，控制氟離子濃度，防止生成的沉淀物濃度太高影響反應(yīng)池內(nèi)的物料狀態(tài)，達(dá)到充分反應(yīng)的要求。

3.4 石灰投加方式采用濕式投加

石灰干式投加會(huì)存在以下問(wèn)題：①反應(yīng)池內(nèi)溶解不均勻，導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定，投加效果差；②溶解不均勻出現(xiàn)石灰渣塊，造成石灰粉浪費(fèi)和部分未反應(yīng)的石灰渣塊無(wú)法順利排泥及清理；③干粉投加增加人工勞動(dòng)強(qiáng)度，揚(yáng)塵會(huì)造成環(huán)境污染，而且不利于人體健康[3]。

該工程石灰投加采用濕式投加，可有效促進(jìn)石灰溶解，有利于反應(yīng)進(jìn)行，出水水質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境及人體健康造成較大影響。

3.5 不同類(lèi)型廢水分別處理，降低處理難度

廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)廢水包含無(wú)機(jī)含氟廢水和用于面板清洗的有機(jī)廢水，將兩股廢水分別收集處理，有效降低廢水處理難度。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)采用兩級(jí)沉淀法工藝處理企業(yè)高濃度含氟廢水，最終出水滿(mǎn)足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)通過(guò)集約化設(shè)計(jì)綜合處理池，可有效節(jié)省占地及投資。

(3)采用濕式投加石灰，結(jié)合輻流沉淀池和氣提排泥可有效解決沉淀池內(nèi)石灰板結(jié)堵塞問(wèn)題。

(4)采用內(nèi)襯氟塑料干式泵及真空引水罐可有效防止含氟廢水腐蝕進(jìn)水泵。

(5)采用高、低濃度含氟廢水單管排放及分池儲(chǔ)存，并設(shè)計(jì)出水混合池至調(diào)節(jié)池回流應(yīng)急管道，可有效調(diào)控調(diào)節(jié)池綜合廢水濃度，保證反應(yīng)池穩(wěn)定運(yùn)行。