含铁废水色相治理技术探讨

罗永妙

(中盐湖南株洲化工集团有限公司,湖南株洲 412004)

含铁废水色相治理技术探讨

罗永妙

(中盐湖南株洲化工集团有限公司,湖南株洲 412004)

为了解决高浓度含铁废水引起的水体色相变化问题,运用一种高效混凝沉降技术,对初步处理后的钛白粉生产废水进行深度处理中试试验。通过曝气、中和、絮凝、混凝、过滤处理,控制流程中的 pH、药剂投加量、絮凝和混凝沉降时间,使废水出水含铁量降至 1 mg/L以下,达到了国家《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级标准要求。在废水含铁浓度降低的同时,COD、氨氮浓度也明显下降。因此,该技术推广至工业实践中是完全可行的。

含铁废水;混凝沉降;钛白粉

近年来,株洲市霞湾港水质色度深、浊度高、颜色变化频繁等污染问题日益严峻,经调查研究发现,中盐湖南株洲化工集团有限公司钛白粉厂废水中的Fe2+和 Fe3+是引起港水色相变化的主要原因。为消除色相变化的源头,公司拟对现有装置处理后的废水再进一步处理,为此开展了采用混凝沉降工艺处理的中试试验,试验结果表明,该处理技术有效地降低了废水中的铁含量。

1 钛白粉废水处理现状

1.1 处理工艺流程

钛白粉生产工艺采用硫酸法,主要污染物是酸性物质、CODcr、SS、亚铁离子等。目前,钛白污水处理装置设计能力为 400 m3/h,采用中和曝气和二级沉淀处理工艺,电石渣浆作调节酸性物质的中和剂。工艺流程见图 1。

图1 工艺流程图

1.2 出水水质

根据株洲市环境监测中心站及公司环境监测站的监测结果,废水 pH的波动范围为 4～12,COD平均质量浓度为 95.8 mg/L,NH3-N平均质量浓度为11.9 mg/L,废水总铁平均质量浓度为 192 mg/L。数据表明,现有处理装置处理效果不稳定,特别是对废水中的铁离子处理效果差,出水含铁不能达到废水排放标准要求。

1.3 总铁含量与 pH的关系[1]

现有装置处理后的钛白粉废水在静置 2 h内基本无颜色变化,对此废水多次进行中和及曝气氧化试验,发现出水铁质量浓度如表 1所示。

表1 中和及轻度氧化出水 Fe质量浓度分析数据

1.4 变色原因分析

根据表 1分析:不同 pH的环境下中和及氧化出水,铁质量浓度有较大的波动范围,甚至在某些pH控制点,含铁质量浓度变化有明显拐点。观察与霞湾港污水混合后的水质颜色,发现水体颜色随铁质量浓度的不同而变化,铁质量浓度高时,混合水体水质颜色深,铁质量浓度低时,混合水体基本无颜色变化。由此推出:废水中含有高浓度铁离子是霞湾港污水变色的主要原因,从此地区产品布局看,公司钛白粉生产含铁废水治理是水变清治理的关键。

2 中试试验

2.1 试验水样

本次中试污水主要来源于现有装置处理后的钛白污水,为确保本次试验参数的可信性及后续工业放大的可能性,选定中试装置设计流量为 1 m3/h。

2.2 工艺流程介绍

现有装置处理后的污水进预曝池和曝气调节池,通过曝气,将 Fe2+氧化成 Fe3+,同时起到搅拌、均匀水质的作用;曝气调节池出水自流入混合池,在混合池内投加纯碱和 PAC,去除水中的悬浮固体、胶体粒子、硅化合物、有机物和铁离子,同时适当调节废水中的 pH;混合池出水自流入絮凝反应池,在反应池加入絮凝剂 PAM使废水更好地形成絮凝体;经絮凝反应的出水自流入沉淀池,大颗粒絮凝体在沉淀池中沉淀分离;清液自流进入二次混凝池[2];二次混凝后的出水自流入过滤池,过滤池采用石英砂滤料,滤料将水中未沉淀的微小悬浮颗粒截留[3],过滤池的出水自流排放。

2.3 工艺参数

含铁废水色相污染治理装置工艺参数见表 2。

2.4 主要单元工艺机理及性能

2.4.1 曝气调节池

污水进行曝气,使空气在水中形成不同尺寸的气泡,气泡经过上升和水流循环流动,最后在液面处破裂,实现转移过程,该过程使水中的还原性物质得到氧而被氧化,从而也降低了水中的 COD。同时,在调节过程中伴有沉淀和氧化作用,提高了废水的可处理性。

注:中试装置进水量为 1 m3/h。

2.4.2 混合池

混合池的作用是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中,以创造良好的水解和聚合条件,使胶体脱稳,并借助颗粒的布朗运动和流动水体进行絮凝。该工艺主要是通过机械混合搅拌,使废水与投加的纯碱和 PAC均匀快速反应,除去水中的悬浮固体、胶体粒子、硅化合物、有机物和铁离子等,同时起到调节废水中 pH的作用。

2.4.3 絮凝反应池

在适当的水力条件下,污水与药剂混合产生微絮凝体,通过絮凝反应池在一定时间内形成肉眼可见的密实絮凝体,具有足够大的粒度 (0.6～1.0 mm)、密度和强度,为在后续阶段迅速分离沉降创造良好的条件[2]。

2.4.4 二次混凝池

混凝沉淀是处理工业废水中一种常采用的方法,它处理的对象是废水中利用自然沉淀法难以沉淀除去的细小悬浮物及胶体微粒,可以降低废水的浊度和色度,去除多种高分子有机物和某些重金属。废水中的微小悬浮物及胶体微粒互相产生凝聚作用,成为颗粒较大、易于沉降的絮凝体[2]。

2.4.5 过滤池

过滤是净化废水的一种物理方法,通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其他杂质。采用较传统的石英砂作滤料,主要优点是:有足够的机械强度,价廉易得,化学性质稳定,具有一定的颗粒级配和适当的空隙,且使用效果好。

3 中试运行情况

含铁废水色相治理中试装置,经过 14 d的连续运行,一直比较平稳,经受了多次进水水质较差的考验;处理后的污水水质指标都达到了预期的效果。中试装置进出污水水质情况见表 3。

表3 中试装置进出污水水质情况

4 中试运行成本分析

1 m3/h污水中试处理系统运行成本估算见表 4。

表4 中试处理系统运行成本估算

5 试验结果与讨论

中试从 2008年 2月 27日至 3月 11日进行,试验时废水的 pH为 7.0～11.45,进水的流量、停留时间均保持稳定,流量控制在 1.0 m3/h,混合、絮凝反应时间为 30 min,沉淀时间为 90 min,且按照中试方案的取样时间、频率进行化验分析。分析试验数据,可以得出以下结论:1)经过“曝气调节 +混凝沉淀 +过滤”工艺流程后,废水中的铁离子残留量达到1 mg/L以下,CODcr降低较多,色度脱除较大。这表明空气氧化法、混凝沉淀法和石英砂过滤对铁离子的去除效果较好、较稳定;对色度的脱除很明显;对 CODcr的去除率达到了 30%以上。2)经过“曝气调节 +混凝沉淀 +过滤”工艺流程后,出水的NH3-N去除率达到 8%～26%,进一步降低了废水中氨氮的排放浓度。3)铁的去除要达到最佳效果,在混合和絮凝两个过程中 pH、温度[3]、药剂的投加量及搅拌速度的控制是重点。综上所述,中试装置设计合理,运行稳定,出水水质平稳,运行成本低,处理效果达到了预期的目的,且为废水的回用提供了前期的保证,该方案可以应用于工程实例中。

[1] 魏先勋,陈信常.环境工程设计手册[M].湖南:湖南科学技术出版社,1992:440-441.

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

[3] 陆柱,陈中兴,蔡兰坤,等.水处理技术 [M].上海:华东理工大学出版社,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

罗永妙 (1981— ),男,大学本科,工程师,主要研究方向为环境工程技术。

联系方式:miao2386505@163.com