羅茨風(fēng)機(jī)曝氣氧化沉淀工藝處理鈦白粉廢水

錦工客戶河南某企業(yè)是一家以生產(chǎn)鈦白粉為主的精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，該企業(yè)采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中排出大量的酸性及中性工業(yè)廢水（約2000 m³/h），廢水中主要含有懸浮物、亞鐵及廢酸等污染物。企業(yè)原來采用一段中和曝氣沉淀法處理工業(yè)廢水，處理效果不好且存在以下問題：連續(xù)用石灰乳中和產(chǎn)生的石膏均為黃石膏，黃石膏經(jīng)濟(jì)價(jià)值低, 后續(xù)利用處置困難；曝氣采用穿孔羅茨鼓風(fēng)機(jī)曝氣，氧氣利用率低，曝氣量太大浪費(fèi)能源，處理成本高；氧化曝氣密度小造成曝氣池面積過大增加投資。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益雙贏，該企業(yè)采用了二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝對(duì)原有鈦白粉工業(yè)廢水處理裝置進(jìn)行了改造。出水水質(zhì)優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)產(chǎn)出具有經(jīng)濟(jì)效益的白石膏副產(chǎn)品。工藝具有占地面積小、運(yùn)行成本低、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

廢水量及水質(zhì)要求

鈦白粉生產(chǎn)過程中排出的工業(yè)廢水主要分酸性廢水及中性廢水，其成分及水量詳見表 1.

經(jīng)處理后排水應(yīng)符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮遠(yuǎn)期目標(biāo)部分指標(biāo)執(zhí)行《鈦白粉、立德粉工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中有關(guān)要求，要求出水達(dá)到pH 6~9、COD < 70 mg/L、SS < 50 mg/L。2

廢水處理工藝流程

針對(duì)原處理工藝存在的問題、本工程的水質(zhì)水量特點(diǎn)及處理要求，確定采用二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝處理鈦白粉工業(yè)廢水，其中一段中和先將酸性污水中的游離硫酸制成白石膏；一段中和產(chǎn)石膏后液再與中性污水混合依次進(jìn)行二段中和、微孔曝氣氧化，后進(jìn)行絮凝沉淀處理達(dá)標(biāo)外排。廢水處理工藝流程如圖 1所示。

圖 1 工藝流程

將來自鈦白粉生產(chǎn)過程的酸性污水（含酸量為1.5%）送至石膏第一反應(yīng)池內(nèi)，同時(shí)投加石灰石乳液進(jìn)行充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)。在第一反應(yīng)池出口處設(shè)置pH計(jì)，通過pH自動(dòng)控制石灰石乳液投加量，控制第一反應(yīng)池內(nèi)溶液pH為2.5~3.0；第一反應(yīng)池內(nèi)污水自流至第二及三反應(yīng)池，再進(jìn)一步充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)，生成白石膏。為增加石膏顆粒及提高石灰石乳的實(shí)際利用率，將第三反應(yīng)池部分底流返回至第一反應(yīng)池，回流率約為25%~30%；同時(shí)為了解決石膏反應(yīng)池的底部淤積問題，每座反應(yīng)池設(shè)有氣提排渣裝置，利用壓縮空氣定期將底部淤積物提升至反應(yīng)池溢流出水通道。

石膏反應(yīng)池反應(yīng)后的污水溢流至石膏濃密機(jī)，經(jīng)石膏濃密機(jī)沉降后，濃密機(jī)上清液排至中和池繼續(xù)處理。石膏濃密機(jī)底流由水泵送至離心分離機(jī)進(jìn)行過濾分離，產(chǎn)出副產(chǎn)品白石膏外銷（含水率約10%），石膏濾后液回流至濃密機(jī)。

將石膏濃密機(jī)上清液和鈦白粉生產(chǎn)過程產(chǎn)生的中性污水送至中和池，同時(shí)加入石灰乳液及鼓入空氣進(jìn)行充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)，石灰乳液的投加量由中和池出口處的pH計(jì)自動(dòng)控制。中和池出口處溶液pH設(shè)定為8.5。為了保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，必須將水中二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵，因此在中和池后設(shè)置氧化池，并在氧化池內(nèi)用羅茨鼓風(fēng)機(jī)鼓入空氣進(jìn)行曝氣氧化。為了提高曝氣強(qiáng)度和氧利用率，曝氣采用防堵塞硅膠微孔曝氣管，產(chǎn)生氣泡直徑范圍為1.0~3.0 mm，氧實(shí)際利用率可達(dá)到20%~25%。

為加大礬花，提高沉降速度，在氧化池出口處投加PAM凝聚劑，經(jīng)混合后，自流至現(xiàn)有平流沉淀池澄清；達(dá)標(biāo)上清液部分回用或外排。沉積在平流沉淀池池底污泥由吸泥機(jī)送至泥漿儲(chǔ)存池；泥漿儲(chǔ)存池泥漿固含量為5%~10%，由泵加壓送至山頂上壓濾工序板框壓濾機(jī)進(jìn)行過濾分離，黃石膏濾餅暫堆存山頂渣庫，曬干后堆存，其中泥漿池及壓濾機(jī)利用現(xiàn)有設(shè)施。3

主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

（1）酸性廢水調(diào)節(jié)池。設(shè)計(jì)尺寸為36 m×44 m× 4 m矩形水池1座，有效容積為5 500 m³，實(shí)際停留時(shí)間約為4 h，內(nèi)設(shè)污水提升泵（4用1備）。

（2）中性廢水調(diào)節(jié)池。設(shè)計(jì)尺寸為16 m×44 m×4 m矩形水池1座，有效容積為2 400 m³，實(shí)際停留時(shí)間約為4 h，內(nèi)設(shè)污水提升泵（4用1備）。

（3）石膏反應(yīng)池。反應(yīng)時(shí)間按4 h計(jì)，設(shè)置4個(gè)系列并聯(lián)運(yùn)行，每個(gè)系列均采用D 9 000 mm×9 000 mm石膏反應(yīng)池3臺(tái)，每臺(tái)石膏反應(yīng)池有效容積為500 m³，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯玻璃鋼及瓷板防腐或池內(nèi)襯橡膠防腐。每臺(tái)反應(yīng)池采用三葉雙層槳葉攪拌機(jī)1臺(tái)，內(nèi)設(shè)氣提定期排渣設(shè)施1套，每隔10 min排渣1次，每個(gè)系列設(shè)回流泵1臺(tái)。

（4）石膏濃密機(jī)。按廢水停留時(shí)間取70 min計(jì)，設(shè)置4個(gè)系列并聯(lián)運(yùn)行，每個(gè)系列均采用1臺(tái)D 20 000 mm石膏濃密機(jī)，有效高度為3 700 mm，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯玻璃鋼防腐。每臺(tái)濃密機(jī)配底流輸送泵（1用1備）。

（5）離心分離機(jī)。石膏（CaSO₄·2H₂O）含水率10%時(shí)產(chǎn)量為1 046 t/d，采用全自動(dòng)底排式VZU160/6.3G型離心分離機(jī)12臺(tái)，分成2組，每組6臺(tái)離心分離機(jī)，每組設(shè)置1套控制系統(tǒng)，控制組內(nèi)各離心分離機(jī)的運(yùn)行順序，每臺(tái)離心機(jī)配置1臺(tái)控制柜及變頻柜。

（6）中和池。按污水停留時(shí)間20 min計(jì)，中和池分成4個(gè)系列并聯(lián)運(yùn)行，每個(gè)系列中和池采用3.5 m×11.5 m×5 m矩形水池1座，每臺(tái)有效容積為201 m³，以空氣攪拌為主及機(jī)械攪拌為輔。

（7）曝氣氧化池。氧化池分成4個(gè)系列，每個(gè)系列氧化池采用28.5 m×11.5 m×5 m矩形水池1座，污水停留時(shí)間2.5 h，每座氧化池有效容積為1 400 m³，羅茨風(fēng)機(jī)曝氣強(qiáng)度為18 m³/（m²·h），曝氣器采用D?90 mm×1 000 mm型防堵塞硅膠曝氣管，池內(nèi)襯玻璃鋼及瓷板防腐。配套離心式鼓風(fēng)機(jī)（2用1備）。

（8）平流沉淀池。設(shè)計(jì)尺寸為100 m×25 m×3 m矩形水池1座，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.80 m³/（m²·h），平流沉淀池配桁車式吸泥車。4

運(yùn)行效果分析

各工段出水水質(zhì)見表 2。

工藝經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資約1.6億，平均單位總運(yùn)行成本為1.25元/t（包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、職工薪酬等，不含固定資產(chǎn)折舊費(fèi)）。廢水處理過程中可產(chǎn)生白石膏，其外售單價(jià)按30元/t計(jì)，白石膏銷售收入約1 035萬元，抵扣后直接成本為0.65元/t。6

結(jié)論

工程2013年6月正式投產(chǎn)運(yùn)行，截至2017年11月已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行4 a多，工程實(shí)踐表明，采用二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝處理鈦白粉工業(yè)廢水切實(shí)可行，其具有占地面積小、運(yùn)行成本低、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，另外運(yùn)行及設(shè)計(jì)過程中經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

（1）采用定期氣提方式將反應(yīng)池底部淤積物及時(shí)排出，可以解決大尺寸石膏攪拌池底部容易淤積問題，氣提排渣周期可根據(jù)水質(zhì)變化進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

（2）氧化池高曝氣強(qiáng)度及氧利用率的工藝設(shè)計(jì)可以降低氧化池工程投資、占地面積及曝氣能耗。防堵塞硅膠曝氣管通過定期對(duì)曝氣管進(jìn)行高壓及化學(xué)清洗可以有效解決微孔曝氣管結(jié)垢堵塞的問題，清洗周期根據(jù)風(fēng)壓及風(fēng)量的變化確定，約為2~3個(gè)月。

（3）工藝采用先控制適宜pH產(chǎn)出白石膏的方法不但可以提高出水的水質(zhì)穩(wěn)定性，且白石膏的外售收入可以降低工藝直接運(yùn)行成本，同時(shí)降低黃石膏產(chǎn)量及處置難度。

（4）將最后1座石膏反應(yīng)池溶液回流至石膏第一反應(yīng)池，除了可以增大白石膏顆粒外還可以節(jié)約10%~15%的石灰石乳用量，同時(shí)一段中和采用石灰石乳替代石灰乳作為中和劑可以降低運(yùn)行成本。

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