两级沉淀法处理高浓度含氟废水工程设计研究

吴煌州

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

1 工程概况

1.1 工程背景

某光电公司液晶显示屏生产车间生产过程中会产生高浓度含氟化物、硫酸盐及SS等废水，该废水污染物严重超标。氟离子为国家规定一类污染物，对人体很多组织系统有致癌作用。同时过量接纳硫酸盐会产生加速甲基汞的生成，造成水生植物必要微量金属元素的缺失，所生成的产物硫化氢具有很强毒性，进而改变水体原有的生态功能，导致鱼虾灭绝，使水体丧失原有的生态功能。因此，如处理不当会对周边水体造成严重污染。

1.2 进水水量水质分析

根据车间生产工艺及类比光电公司相近生产规模，最终确定本工程设计规模为900 m3/d。该废水水质为无机废水，整体呈现乳白色，进水水质如表1所示。

表1 含氟废水设计进水水质 单位:mg/L

1.3 处理目标

根据项目环评报告要求，液晶显示屏生产废水经处理后需达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)B等级、《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级标准中两个标准更严格的规定，出水排至市政污水配套管网，并入下游市政污水处理厂进一步深度处理达标后排放。为了保证足够富余量，出水指标水质标准限值如表2所示。

表2 含氟废水设计出水水质 单位：mg/L

2 工艺设计

2.1 工艺比选

含氟废水处理工艺主要包括化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法等技术[1]。针对高浓度含氟废水，化学沉淀法与混凝沉淀法联合采用较多，即采用沉淀剂与混凝剂、助凝剂联用，克服早期沉淀法存在的泥渣沉降缓慢且脱水难等问题，具有运行操作简便、处理费用低、除氟效果好等优点[2]。结合本工程进水水质，采用化学沉淀法与混凝沉淀法联用作为含氟废水的处理工艺，如图1所示。

图1 含氟无机废水处理工艺流程图

2.2 工艺流程

含氟无机废水由厂区污水专管输送至格栅渠，经调节池均质均量后提升至一级反应池，通过投加石灰乳及氯化钙，在碱性条件下将废水中氟离子和硫酸盐反应生成难溶物质，经氯化铁及PAM(聚丙烯酰胺)混凝后，自流至一级沉淀池沉淀，上清液自流至中间水池后，泵送至二级反应池，向污水中加氯化钙、氯化铁、PAM进一步去除氟离子和硫酸盐，最后经二级沉淀后上清液进入出水混合池，与厂区内处理达标的有机废水尾水(规模：1200 m3/d)充分混合后达标排放。一级沉淀池和二级沉淀池产生的污泥定时排入污泥平衡池，经板框压滤机脱水后达到60%后外运处置。

2.3 工程设计

为了节省占地，污水处理采用综合处理池，包含调节池、一级反应池、一级沉淀池、中间水池、二级反应池、二级沉淀池等。水池采用现浇钢筋混凝土结构，内部采用耐氢氟酸型呋喃树脂进行防腐。

2.3.1 调节池

调节池平面净尺寸为10.0 m×7.3 m，净深3 m，有效容积219 m3。设置干式污水提升泵2台，1用1备，单泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=3.0kW，变频控制；设风机2套，1用1备，每套风量Q=15.3 m3/min，风压P=49kPa，功率：18.5kW。池底设穿孔曝气管，采用空气对进水进行混合搅拌。

2.3.2 一级反应池

2.3.3 一级沉淀池

一级沉淀池采用辐流沉淀池，平面净尺寸为8.0×8.0 m，有效表面积61 m2，池边水深3.4 m，表面负荷0.74 m3/(m2·h)，采用气提排泥。设置刮泥机1台，直径8 m，N=0.75 kW。

2.3.4 中间水池

中间水池用于混合一级沉淀池出水。平面净尺寸为8.0 m×5.0 m，有效水深3.7m。设置提升潜污泵2台，1用1备，单泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=2.2 kW，变频控制。

2.3.5 二级反应池

二级反应池分两格，每格平面净尺寸2.0 m×2.0 m，净深4.0 m，第一格投加氯化钙及氯化铁进一步化学沉淀和混凝沉淀氟离子，第二格投加PAM进行助凝。设置搅拌机2台，一台功率0.75 kW，转速65 rpm，一台功率0.37 kW，转速38 rpm。

2.3.6 二级沉淀池

二级沉淀池采用辐流沉淀池，平面净尺寸为8.0 m×8.0 m，有效表面积61 m2，池边水深3.35 m，表面负荷0.74 m3/(m2·h)，采用气提排泥，设置刮泥机1台，直径8 m，N=0.75 kW。

2.3.7 出水混合池

用于混合含氟废水处理尾水与厂区内有机废水处理尾水(规模为1200 m3/d)，平面内尺寸为10.75 m×3.4 m，净深4.4 m。

2.3.8 加药间

配备石灰投加系统(料仓容积40 m3，含气动破拱系统、仓顶除尘器、螺旋给料机、料位计、双螺旋称重喂料器、超声波液位计、比例调节阀、电磁流量计、制备罐及储存罐等)；石灰加药螺杆泵2台，一用一备，Q=300 L/h，P=0.3 MPa，N=1.5 kW；氯化钙溶液储存槽2个，容积15 m3；氯化铁溶液储存槽2个，容积8 m3；PAM投加装置1套，制备速率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，分两格设计，每格平面净尺寸为5.20 m×4.30 m，有效水深5.0 m。

2.3.10 污泥脱水机房及污泥堆棚

将储泥池内的污泥，通过污泥提升泵进入板框压滤机，进行污泥脱水处理。污泥脱水机房尺寸为27.5 m×12.75 m×13 m，污泥堆棚尺寸为19.35 m×12.00 m×6.0 m。设计隔膜板框压滤机2台，过滤面积A=200 m2；进泥螺杆泵2台，Q=21～25 m3/h，H=120 m，N=22 kW；隔膜压榨离心泵2台，Q=8 m3/h，H=167 m，N=7.5 kW；洗布泵1台，Q=10.2 m3/h，H=600 m，N=30 kW；仪表用空压机2台，1用1备，Q=0.85 m3/min，PN=0.85 MPa，N=5.5 kW；吹风用空压机：1台，Q=9.6 m3/min，PN=0.85 MPa，N=55 kW。

3 设计特点

3.1 沉淀池采用辐流沉淀池，排泥方式采用气提排泥

为了解决沉淀池因使用石灰造成的污泥板结，进而无法排泥的问题，本设计沉淀池采用辐流沉淀池，利用连续转动的刮泥机对污泥进行搅动。同时利用厂区高压空气管线，通入排泥竖管，采用气提方式进行排泥，既节省排泥泵，又有效减少管道堵塞。考虑辐流沉淀池中心排泥横管有可能出现堵塞情况，设计于气提管后增设阀门，通过关闭阀门，将高压气体反向注入沉淀池中心，解决堵塞问题。

3.2 提升泵采用内衬氟塑料干式泵

由于进水氟离子浓度较高，为有效防止设备腐蚀，水泵采用内衬氟塑料干式泵，解决水泵腐蚀问题，并利用真空引水罐引水。

3.3 含氟高浓度废水与低浓度废水均采用单管排放

为了便于调节调节池水质，设计将高浓度废水与低浓度浓液分别采用单管排放。高浓度废水单独排入高位储水池，通过控制重力投加至调节池的水量，对一级反应池进水水质进行调节；同时设计出水混合池至调节池应急管道，用于超标水质调节，控制氟离子浓度，防止生成的沉淀物浓度太高影响反应池内的物料状态，达到充分反应的要求。

3.4 石灰投加方式采用湿式投加

石灰干式投加会存在以下问题：①反应池内溶解不均匀，导致出水水质不稳定，投加效果差；②溶解不均匀出现石灰渣块，造成石灰粉浪费和部分未反应的石灰渣块无法顺利排泥及清理；③干粉投加增加人工劳动强度，扬尘会造成环境污染，而且不利于人体健康[3]。

该工程石灰投加采用湿式投加，可有效促进石灰溶解，有利于反应进行，出水水质稳定，同时不会对环境及人体健康造成较大影响。

3.5 不同类型废水分别处理，降低处理难度

厂区内生产废水包含无机含氟废水和用于面板清洗的有机废水，将两股废水分别收集处理，有效降低废水处理难度。

4 结语

(1)采用两级沉淀法工艺处理企业高浓度含氟废水，最终出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》和《污水综合排放标准》三级标准。

(2)通过集约化设计综合处理池，可有效节省占地及投资。

(3)采用湿式投加石灰，结合辐流沉淀池和气提排泥可有效解决沉淀池内石灰板结堵塞问题。

(4)采用内衬氟塑料干式泵及真空引水罐可有效防止含氟废水腐蚀进水泵。

(5)采用高、低浓度含氟废水单管排放及分池储存，并设计出水混合池至调节池回流应急管道，可有效调控调节池综合废水浓度，保证反应池稳定运行。