硫酸法钛白废水处理的设计注意事项.docx
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硫酸法钛白废水处理的设计注意事项
硫酸法钛白废水处理的设计注意事项
概述
目前，国内的钛白生产基本都以钛铁矿为主要原料，采用传统的硫酸法生产工艺。
该工艺流程长。
生产间断进行，且生产过程中“三废”排放较多，但只要采取有效的环保治理措施，均可达到国家排放标准。
本文主要简述以钛铁矿为原料，硫酸法工艺生产的钛白废水处理技术以及设计中应注意的问题。
1生产废水的排放量
硫酸法钛白生产废水主要来自地坪冲洗、设备冲洗及酸解、锻烧尾气冲洗水，其废水排放量及水质与钛铁矿中的硫含量、工艺过程中洗水套用次数、操作管理水平有一定的关系。
一般，吨产品钛白粉废水排放量约为80～250t／a，pH约为1～5，且含有微量FeSO4·7H2O，水量及水质变化幅度较大。
钛白废水处理站的设计水质、水量基本上仍应根据工艺物料平衡计算为准，再考虑各方面的影响因素来最终确定废水的设计值。
国内典型钛白粉厂废水排放量统计见表1。
表1 国内典型钛白粉厂废水排放量统计
生产规模
各工段废水排放量统计/（m3.h-1）
酸解、沉降
过滤、结晶
浓缩、水解
水洗、漂洗
煅烧
废酸浓缩
甲
4×104t/a
102.95
6.7
23
64.8
150
20.78
乙
1.5×104t/a
51
5
17
40.1
105
10.3
丙
1.5×104t/a
37
69.5
12
67
24
18
2通常采用的废水处理工艺
钛白工业废水的处理，通常采用中和法，一般分成三个组成部分：
中和药剂的制备和投配；中和反应及沉降；污泥处置等。
方框工艺流程见图1。
2.1中和药剂的制备及投配
由于Ca（OH）2可以中和任何浓度的酸性废水，且其本身对废水中的杂质具有凝聚作用，钛白酸性废水处理一般采用Ca（OH）2作为中和药剂。
其投加方法可采用干投或湿投，湿投反应迅速、彻底，投加量小，故而受到广泛应用。
Ca（OH）2乳液制备可采用生石灰通过消化反应制得，或直接利用粉末Ca（OH）2制得。
采用生石灰消化，需增设石灰消化设备，并且相应的石灰贮存容积及石灰运输量都需增大，从而导致固定资产投资的增加。
对石灰用量较小及粉末Ca（OH）2运距较小的工程，建议直接采用粉末Ca（OH）2制备。
但无论采用何种原料，对于石灰乳制备、投配系统的设计都应尽量密闭化、自动化，以避免粉尘危害，保护工人的健康。
根据经验，石灰乳浓度应以5％－10％为宜。
设计注意事项如下：
①采用斗式提升机提升石灰，应保证石灰块度小于30mm。
②石灰的定量输送宜采用螺旋或气流输送机，避免粉尘飞扬。
③石灰乳液配制槽及储槽都应设置搅拌装置，搅拌方式可采用机械搅拌或压缩空气搅拌，以机械搅拌居多。
机械搅拌线速度一般为3m/s左右，空气搅拌强度为8～10L／（s·m2）[1]。
④乳液泵的选型应考虑泵的耐腐蚀及耐磨性能。
2.2中和反应及沉降
钛白酸性废水中主要污染物为H2SO4及微量FeSO4·7H2O，采用Ca（OH）2乳液与其进行反应，生成CaSO4沉淀，当pH增至8以上时，废水中原有两价铁盐被氧化成三价铁盐，氢氧化铁胶体为表面活性物质，能起到吸附作用，加快沉降速度。
Ca（OH）2乳液的投加可通过pH在线控制阀进行调控，pH宜控制在6.5～8.5，以达到最佳效果。
根据运行经验，中和反应停留时间，应以15～30min为宜。
由于中和产物CaSO4重度较大，可采用重力沉降法，使其从废水中去除。
为取得较好的沉淀效果，减轻CaSO4结垢现象，可在废水沉淀前适量投加高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM），使CaSO4和其他悬浮物一同絮凝成悬浮颗粒，提高沉淀速度，减轻CaSO4结垢现象。
PAM投加量与PAM的分子量有很大关系，一般采用分子量300～600万单位，投加量为污水量的0.1％～0.15％，采用在线混合器实现废水与PAM的连续混合。
设计注意事项：
①中和反应槽应设置搅拌装置，以使反应均匀、快速进行。
搅拌方式可采用机械搅拌或压缩空气搅拌，机械搅拌线速度一般为9m/s左右，空气压力为0.1－0.2MPa，空气搅拌强度0.2m3／（min·m3）[1]。
根据运行经验，空气搅拌可大幅提高反应效率，减少石灰乳用量，建议设计中优先选用，并采用膜片式防堵塞曝气头。
②CaSO4粘性较大，采用斜板、斜管沉淀池易引起斜板、斜管堵塞，维护工作量较大，设计中应尽量避免。
竖流式沉淀池、辐流式沉淀池有效容积大，占地面积小、排泥方便，适于CaSO4的分离。
对于小流量废水，设计宜选用坚流式沉淀池，间断运行；对于大流量废水，设计宜选用辐流式沉淀池，连续运行。
另外，辐流式沉淀池配有刮泥机，可减缓池内壁CaSO4的结垢现象。
目前，济南裕兴等厂家采用戈尔膜过滤器代替传统的沉淀池对钛白酸性废水进行处理，具有占地面积小，出水效果极佳（SS接近于零）等优点。
但该过滤器设备费用较高，CaSO4易在膜上粘着，需定期酸洗或更换；建议设计时综合考虑占地、投资、出水水质要求、运行费用等各项经济、技术因素，慎重选用。
③由于CaSO4粘性较大，沉淀池的设计应充分考虑排泥管检修、维护的方便。
无论何种沉淀池，均应完全地上式设计；排泥管的设计也应避免埋地，并设置冲洗水管路，定期进行冲洗，避免堵塞。
2.3污泥处理
为了提高脱水设备的生产负荷，尽可能减少湿污泥的含水率，从沉降槽排出的污泥，一般先去污泥浓缩池进行浓缩，再进脱水机脱水。
污泥浓缩池间断运行不仅起到浓缩作用，也有一定的污泥贮存及缓冲作用。
对于小流量的废水，由于沉淀池间断运行，也起到一定的浓缩作用，可直接进污泥脱水机脱水。
脱水机的选型：
目前，污水处理常用的污泥脱水设备主要有带式压滤机、板框压滤机及离心脱水机。
其中，带式压滤机、离心脱水机因其处理量大，能连续运行而在污水处理行业广泛使用。
但对于工业污水处理设备的选型，其运行费用的高低，也对整个装置的正常运行起到决定性作用。
钛白酸性废水污泥为无机污泥，主要成分为CaSO4，易脱水。
采用带式压滤机、离心脱水机进行脱水，滤饼含水率高（70％～85％），脱水前必须添加絮凝剂，而且絮凝效果的好坏直接影响到脱水效果的好坏，絮凝剂的添加量为5kg／t（干污泥），每吨絮凝剂约6万元人民币。
相对来说，板框压滤机虽然劳动强度大，生产能力小，但其结构简单，工作可靠，操作容易，滤饼含水率低（30％～50％），用于钛白酸性废水污泥的脱水，可不加絮凝剂。
仅药剂一项，就比其他两种机型运行费用节约人民币300元/t（干污泥），在钛白酸性污水处理中仍具有一定的优势。
目前，国内大部分钛白生产厂家均采用板框压滤机进行污泥处理，仅个别钛白粉生产厂家采用带式压滤机进行污泥脱水处理，且均存在一定问题。
如：
某钛白粉厂污水处理站1994年安装的3台带式压滤机，由于滤带配备不合适、纠偏能力差等原因，一直未能正常运行；1997年换成板框压滤机后，运行良好。
另一钛白粉厂污水处理站的带式压滤机虽然运行正常，但其高昂的药剂费用，让厂家不堪重负，较高的滤饼含水率无形中又增加了泥饼运输费用，故二期项目，业主要求改用板框压滤机。
综上所述，现阶段采用板框压滤机作为钛白污水污泥处理设备具有一定的技术可行性、经济合理性，建议设计中优选用板框压滤机。
硫酸工业的废水处理
1硫酸废水的排放量及废水水质
1.1硫酸废水的排放量
硫酸生产中的净化工艺，国内一般采用稀酸洗和水洗两大流程。
由于水洗净化流程是用一次性洗涤水，所以废水量大，而稀酸洗净化工艺的废水主要来自地坪冲洗、设备冲洗以及事故时短期排放的废水，所以其净化废水排放量少。
1.2废水的水质
废水的水质与原料的成分有密切关系。
一般来说，废水中除了含有硫酸、亚硫酸、矿尘（三氧化二铁）之外，还含有砷、氟、铅、锌、汞、铜、镉等有害物质。
酸度一般为2-10g/l。
2硫酸废水处理工艺
硫酸工业废水处理通常采用中和法，中和法系统的设计，一般分为三个组成部分：
中和药剂的制备和投配；中和反应及沉降；污泥处置。
中和硫酸废水的药剂有生石灰、石灰石、电石渣等，最常用的是生石灰。
中和反应的工艺流程将根据废水的水质来确定。
当砷含量低于40mg/l时，可采用一般石灰法；当砷含量高于40mg/l低于200mg/l时，采用石灰—铁盐法；
当砷含量高于200mg/l时，采用石灰—氧化法。
3一般中和法设计
3.1石灰乳的制备及投配的设计
3.1.1石灰仓库的设计
废水中和所采用的生石灰一般为散装块状，一般仓库的堆积面积按储存10-20天计算，堆积高度一般为1.2米，仓库附加面积采用20%-40%。
石灰块度要求小于30mm。
3.1.2石灰消化槽的设计
石灰消化量小于1.0t/d时，可用人工灰化，在消化槽内消化，一般制成40%-50%的乳浊液，然后再配成一定浓度（5%-10%CaO或Ca（OH）2）的石灰乳。
消化槽有效容积Vm3
容积系数K，一般为2-5
一次配制的药剂量V1m3
V=K*V1
石灰消化量大于1.0t/d时，采用卧式灰化机。
生产能力为：
5t/d、8t/d、15t/d、25t/d和50t/d。
3.1.3灰乳储槽的设计
灰乳储槽应设计两座，作为单独储存石灰乳的灰乳储槽，在贮存过程中，必须不断搅拌。
采用机械搅拌时，通常采用浆式搅拌机，线性速度一般为3m/s左右；若采用压缩空气搅拌，强度采用8-10l/s.m2。
V—灰乳储槽有效容积，m3
G—石灰消耗量，t/d
a—石灰密度，一般采用0.9-1.25t/m3
c—石灰溶液的浓度，%，一般为5%-10%
n—每天搅拌的次数，人工为3，机械为6。
V=G/（a*c*n）
3.2中和反应及沉降槽设计
3.2.1石灰用量的计算
Nz—石灰用量，kg/h
Ns—石灰理论计算用量，kg/h,Ns=N1+N2
N1—化学反应所需要的石灰用量，kg/h
N2—排水要求pH值控制在8~9时所耗的石灰量，kg/h。
a——石灰纯度：
石灰含CaO60%~80%；Ca（OH）265%~75%;
电石渣含CaO60%~70%；
石灰石含CaCO390%~95%；
白云石含CaCO340%~45%；
K——反应不均匀系数，一般采用1.05~1.15。
Nz=K*（N1+N2）/a
3.2.2污泥量的计算
污泥量是由三部分组成,原废水中悬浮物的含量、中和产生的盐量及中和药剂中的杂质。
N——污泥量，kg/h
NA——中和反应生成物的量，kg/h
NB——中和药剂的杂质量kg/h
K——中和前废水中悬浮物的含量kg/m3
c——中和后溶解在水中的盐量kg/m3
d——沉降后排水带走的悬浮物的含量kg/m3
Q——废水量，m3/h
3.2.3吸水井
吸水井的有效容积，按最大流量的10~20min考虑。
3.2.4引水罐的设计
引水罐的容积为吸水管容积的3倍。
罐体高与罐体直径比为1.2~1.8。
罐体材料可以采用钢衬胶、硬聚氯乙烯、复合材料或整体玻璃钢制成。
3.2.5石灰乳高位槽的设计
石灰乳高位槽的有效容积，按石灰用量的10~20分钟考虑。
为了防止结垢和便于投配，进入高位槽的石灰乳的量应该为投配量的3倍；溢流回灰乳储槽的量应该是投配量的2倍。
与灰乳储槽同等搅拌。
3.2.6中和槽的设计
停留时间一般为15min。
中和槽搅拌强度为中强。
机械搅拌一般采用浆式搅拌机，搅拌功率为0.2~0.5kw/m3污水。
压缩空气搅拌，空压0.1~0.2MPa，空气量0.2m3/（min.m3污水）。
3.2.7絮凝槽的设计
絮凝反应停留时间一般取3~9min，反应搅拌强度为弱。
3.2.8沉降槽的设计
一般采用竖流式。
（1）沉降槽有效部分面积m2
A——沉降槽有效部分面积
Q——设计废水量，m3/h
v——上升流速，mm/s；一般为0.2~0.5mm/s
u——污泥沉降速度mm/s
K——沉降槽中，水流分布不均修正系数，0.5~0.7。
A=Q/（3.6v）
v=u*K
（2）中心管的总面积
f1——中心管总截面积，m2
Qmax—最大设计废水量，m3/h
v1——中心管废水流速，m/s；有反射管时v1<0.1无反射管<0.03
（3）有效水深
h1——有效水深，m
v——升流速度，m/s
t——停留时间，h
h1=v*t
（4）总有效容积V总，m3
V总=Qmax*t
（5）沉降部分总有效面积f2,m2
f2=V总/h1
（6）沉降槽总有效面积f,m2
f=f1+f2
（7）沉降槽直径D，m2
n——沉降槽个数，大于2个，为了避免辐流应满足D≤9m,D/h1≤3。
D=sqrt[4f/（d*π）]
（8）中心管直径d，m
D=sqrt[4f1/（d*π）]
（9）污泥体积及污泥斗容积
V——污泥体积，m3
N——污泥量（干渣），t/h
P——沉降槽底流污泥浓度，%
t——排泥周期，h
V=N*t/P
V\\\'——污泥斗计算容积，m3
h2——泥斗部分的高度，m
R——沉降槽半径，m
r——泥斗锥底半径，m
V\\\'=π*h2（R2+R*r+r2）/3
要求，V＜V\\\'。
3.3污泥处理设计
3.3.1污泥脱水前的处理
污泥浓缩池，上流速率应小于0.1mm/s，停留时间大于8h。
3.3.2污泥脱水
板筐压滤机、厢式压滤机、快开式水平加压过滤机、带式压滤机；
真空转鼓过滤机、带式真空过滤机、GPY型盘式过滤机；
多维角并流型卧螺离心机。
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