電石制乙炔廢水除磷工程實(shí)例

郁亞磊,武 奇,盧亞偉

(1 蕪湖中政國環(huán)安全技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241000；2 安徽格臨檢測有限公司，安徽 蕪湖 241000)

某化工廠電石制乙炔過程中電石與發(fā)生器內(nèi)水反應(yīng)生成粗乙炔氣體由發(fā)生器頂部逸出，粗乙炔氣，先經(jīng)冷卻塔(與潔凈水直接接觸產(chǎn)生冷卻廢水)冷卻，在經(jīng)清凈塔與含有效氯0.07%～0.12%的次氯酸鈉溶液直接接觸(次鈉廢水)，使粗乙炔氣中的磷質(zhì)脫除。產(chǎn)生的含磷廢水，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，總磷濃度小于1 mg/L，所以實(shí)施廢水除磷工程項(xiàng)目。通過對含磷廢水進(jìn)行鋁鹽除磷劑試驗(yàn)、鐵鹽除磷劑常規(guī)除磷劑試驗(yàn)，處理效果較差，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對廢水預(yù)處理后除磷，即對廢水進(jìn)行芬頓氧化，將廢水中磷的形態(tài)變?yōu)檎姿猁}，然后進(jìn)行常規(guī)除磷劑進(jìn)行處理，即原水總磷濃度30 mg/L可穩(wěn)定降到1 mg/L左右。工程采用電石制乙炔含磷廢水采用芬頓氧化+絮凝沉淀的工藝，廢水處理規(guī)模為400 t/d，出水總磷濃度穩(wěn)定在1 mg/L以下。

1 廢水源頭分析

1.1 發(fā)生器中進(jìn)行的反應(yīng)及生成的雜質(zhì)

電石加入發(fā)生器后遇水即反應(yīng)生成粗乙炔氣，因工業(yè)電石含有其他雜質(zhì)，與水同時(shí)進(jìn)行一些副反應(yīng)，生成相應(yīng)的雜質(zhì)如磷化氫、硫化氫等氣體。

碳化鈣水解反應(yīng)式如下所示：

其他雜質(zhì)的副反應(yīng)有：

1.2 清凈塔及中和塔內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)

粗乙炔氣由于電石內(nèi)雜質(zhì)(系由電石原料焦炭與石灰中帶入)的緣故，常含有硫化氫、磷化氫、等雜質(zhì)氣體，以及氫氧化鈣等固態(tài)雜質(zhì)。經(jīng)冷卻洗滌后，采用次氯酸鈉做清凈劑系利用其氧化作用將雜質(zhì)去除，清凈過程的反應(yīng)產(chǎn)物磷酸、硫酸等在中和塔內(nèi)由堿洗過程中和。

1.3 廢水小試

通過對含磷廢水進(jìn)行鋁鹽除磷劑試驗(yàn)[1](PAC、硫酸鋁等)、鐵鹽除磷劑[2](硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵等)常規(guī)除磷劑試驗(yàn)，處理效果較差，處理效率在10%以下。所以對廢水預(yù)處理后除磷[3]，即對廢水進(jìn)行芬頓氧化，將廢水中磷的形態(tài)變?yōu)檎姿猁}，然后進(jìn)行常規(guī)除磷劑進(jìn)行處理，小時(shí)試驗(yàn)處理效率可達(dá)98%以上，即原水總磷濃度30 mg/L可穩(wěn)定降到1 mg/L左右。

2 工程要求

含磷廢水水質(zhì)水量表見表1，每日設(shè)計(jì)400 m3/d，每日運(yùn)行20 h，設(shè)計(jì)流量為20 m3/h。

表1 乙炔工段含磷廢水水質(zhì)水量表Table 1 Phosphorus-containing wastewater water quality and water quantity table of acetylene section

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 指導(dǎo)思想

(1)嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)法規(guī)、規(guī)范，地區(qū)有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定，污水處理后必須確保各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到污水相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。(2)重視各項(xiàng)基礎(chǔ)資料、基本數(shù)據(jù)，全面分析各項(xiàng)影響因素，充分掌握水質(zhì)水量特點(diǎn)和地域特性，合理選擇好設(shè)計(jì)參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠數(shù)據(jù)。(3)采用先進(jìn)、成熟、穩(wěn)定、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理的處理工藝，保證處理效果，并節(jié)省投資和運(yùn)行管理費(fèi)用；(4)設(shè)備選型兼顧通用性和先進(jìn)性，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效率高，管理方便，維修維護(hù)工作量少，價(jià)格適中；(5)系統(tǒng)運(yùn)行靈活，管理方便，維修簡單；設(shè)置必要的監(jiān)控儀表，提高控制操作的自動化程度；基本實(shí)現(xiàn)自動化管理，減少人工操作及勞動強(qiáng)度。

4 處理工藝

4.1 廢水處理工藝流程

含磷廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，經(jīng)提升泵打入芬頓氧化反應(yīng)池，F(xiàn)enton氧化具有很強(qiáng)的氧化能力， H2O2被Fe2+催化分解生成羥基自由基(·OH)，并引發(fā)更多的其他自由基，從而引發(fā)一系列的鏈反應(yīng)。通過具有極強(qiáng)的氧化能力的·OH與有機(jī)物的反應(yīng)，使廢水中的難降解有機(jī)物發(fā)生部分氧化。反應(yīng)池分為6格，第一格為pH調(diào)整槽，調(diào)節(jié)廢水pH值至3.5左右[4]，第二格投加過量硫酸亞鐵，第四格投加雙氧水，第五格投加PAM，第六個(gè)投加堿，回調(diào)pH至6.5左右。自流進(jìn)入豎流沉淀池。上清液達(dá)標(biāo)排放，底部污泥進(jìn)入污泥槽暫存進(jìn)入板框壓濾機(jī)壓濾，壓濾液回調(diào)至調(diào)節(jié)池[1]。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

4.2 工程設(shè)計(jì)指標(biāo)

廢水處理站主要技術(shù)指標(biāo)如下：占地面積200 m2，總裝機(jī)容量22.56 kW，運(yùn)行功率17.39 kW。電氣負(fù)荷見表2，主要設(shè)備和構(gòu)筑物分別見表3和表4。

表2 電氣負(fù)荷表Table 2 Electrical load table

表3 主要設(shè)備表Table 3 Table of main equipment

續(xù)表3

表4 主要處理構(gòu)筑物列表Table 4 Deals with the list of structures

4.3 運(yùn)行分析

(1)優(yōu)良的設(shè)計(jì)以及施工組織，保障了污水處理站的建設(shè)質(zhì)量，而污水處理站實(shí)際的運(yùn)行效果，與日常的運(yùn)行管理和維護(hù)息息相關(guān)，只有充分認(rèn)識到其重要性，才能將最初的設(shè)計(jì)意圖貫徹始終，確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

(2)從本污水處理系統(tǒng)的整個(gè)工藝流程看，氧化工段是核心工段，相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及工藝指標(biāo)的及時(shí)監(jiān)測和控制是保證整個(gè)污水處理站能否始終穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵[5]。而污泥處理工段能否正常運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的必要保證，由于污泥的淤積將導(dǎo)致系統(tǒng)污泥排放困難，所以污泥淤積后將無法確保工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，污泥池每天排泥一次。

(3)由于污水處理站系統(tǒng)在保障流域水環(huán)境的特殊位置，保障其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證流域水質(zhì)不受影響，因此污水處理站的運(yùn)行管理和維護(hù)應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)工作來抓。在這樣的前提下，污水處理站的功能才會真正實(shí)現(xiàn)。

(4)系統(tǒng)以PLC控制站為核心，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。向下和在線檢測儀表連接，通過開關(guān)量輸入/輸出卡件連接現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量信號接口，通過模擬量輸出卡件連接控制執(zhí)行元件；向上通過工控網(wǎng)連接基于工控計(jì)算機(jī)的上位監(jiān)控操作站，加上安裝、組態(tài)在系統(tǒng)中的系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集處理軟件、邏輯和過程控制程序、應(yīng)用軟件包組成一套完整的水處理儀表、過程自動化控制系統(tǒng)，用于完成對水處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)的檢測采集顯示、設(shè)備狀態(tài)檢測顯示和控制，以及信息儲存、查閱、報(bào)表打印等。

5 工程實(shí)施后運(yùn)行費(fèi)用

工程處理每日藥劑配方及成本表見表5，廢水運(yùn)行成本見表6，處理成本為7.092元/噸。

表5 工程處理每日藥劑配方及成本表Table 5 Engineering treatment daily pharmaceutical formula and cost table

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，硫酸的費(fèi)用為48元/天，雙氧水的費(fèi)用為960元/天，硫酸亞鐵的費(fèi)用為768元/天，氫氧化鈉為200元/天，PAM 4.8元/天，藥劑成本占整個(gè)運(yùn)行成本的70%左右，其中雙氧水的價(jià)格占總藥劑成本的一半左右。芬頓氧化工藝處理效果較好，但是需要較高的藥劑費(fèi)用。

表6 廢水運(yùn)行成本表Table 6 Wastewater operating cost table

6 結(jié) 論

(1)電石制乙炔廢水的雜質(zhì)來源于原料電石中含磷雜質(zhì)，此含磷雜質(zhì)無法從工業(yè)電石源頭進(jìn)行削減。生產(chǎn)乙炔過程中用次氯酸鈉做清凈劑利用其氧化作用將含磷雜質(zhì)去除后進(jìn)入廢水中，通過對含磷廢水進(jìn)行鋁鹽除磷劑試驗(yàn)(PAC、硫酸鋁等)、鐵鹽除磷劑(硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵等)常規(guī)除磷劑試驗(yàn)，處理效果較差；以此分析出廢水中磷的形態(tài)為次亞磷形態(tài)，必須進(jìn)行強(qiáng)氧化轉(zhuǎn)化為正磷后才能去除，試驗(yàn)表面芬頓氧化后采取常規(guī)除磷效果很好。

(2)對電石制乙炔含磷廢水采用芬頓氧化+絮凝沉淀的工藝，化學(xué)氧化pH回調(diào)時(shí)，pH控制在7以下，否則懸浮物態(tài)的磷會重新溶解至水中。廢水處理規(guī)模為400 t/d，總磷濃度由30 mg/L穩(wěn)定降到1 mg/L以下，廢水運(yùn)行成本約為7.092元/噸，對類似工程有一定的參考意義。