硫酸法鈦白廢水處理的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、硫酸法鈦白廢水處理的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)概述目前，國(guó)內(nèi)的鈦白生產(chǎn)基本都以鈦鐵礦為主要原料，采用傳統(tǒng)的硫酸法生產(chǎn)工藝。該工藝流程長(zhǎng)。生產(chǎn)間斷進(jìn)行，且生產(chǎn)過(guò)程中“三廢”排放較多，但只要采取有效的環(huán)保治理措施，均可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。本文主要簡(jiǎn)述以鈦鐵礦為原料，硫酸法工藝生產(chǎn)的鈦白廢水處理技術(shù)以及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。1 生產(chǎn)廢水的排放量硫酸法鈦白生產(chǎn)廢水主要來(lái)自地坪沖洗、設(shè)備沖洗及酸解、鍛燒尾氣沖洗水，其廢水排放量及水質(zhì)與鈦鐵礦中的硫含量、工藝過(guò)程中洗水套用次數(shù)、操作管理水平有一定的關(guān)系。一般，噸產(chǎn)品鈦白粉廢水排放量約為80250ta，pH約為15，且含有微量FeSO4·7H2O，水量及水質(zhì)變化幅度

2、較大。鈦白廢水處理站的設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量基本上仍應(yīng)根據(jù)工藝物料平衡計(jì)算為準(zhǔn)，再考慮各方面的影響因素來(lái)最終確定廢水的設(shè)計(jì)值。國(guó)內(nèi)典型鈦白粉廠廢水排放量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。 表1  國(guó)內(nèi)典型鈦白粉廠廢水排放量統(tǒng)計(jì) 生產(chǎn)規(guī)模各工段廢水排放量統(tǒng)計(jì)/（m3.h-1)酸解、沉降過(guò)濾、結(jié)晶濃縮、水解水洗、漂洗煅燒廢酸濃縮甲4×104t/a102.956.72364.815020.78乙1.5×104t/a5151740.110510.3丙1.5×104t/a3769.5126724182 通常采用的廢水處理工藝 鈦白工業(yè)廢水的處理，通常采用中和法，一般分成三個(gè)組成部分：中和藥劑的

3、制備和投配；中和反應(yīng)及沉降；污泥處置等。方框工藝流程見(jiàn)圖1。 2.1 中和藥劑的制備及投配由于Ca(OH)2可以中和任何濃度的酸性廢水，且其本身對(duì)廢水中的雜質(zhì)具有凝聚作用，鈦白酸性廢水處理一般采用Ca(OH)2作為中和藥劑。其投加方法可采用干投或濕投，濕投反應(yīng)迅速、徹底，投加量小，故而受到廣泛應(yīng)用。Ca(OH)2乳液制備可采用生石灰通過(guò)消化反應(yīng)制得，或直接利用粉末Ca(OH)2制得。采用生石灰消化，需增設(shè)石灰消化設(shè)備，并且相應(yīng)的石灰貯存容積及石灰運(yùn)輸量都需增大，從而導(dǎo)致固定資產(chǎn)投資的增加。對(duì)石灰用量較小及粉末Ca(OH)2運(yùn)距較小的工程，建議直接采用粉末Ca(OH)2制備。但無(wú)論采用何種原料，

4、對(duì)于石灰乳制備、投配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都應(yīng)盡量密閉化、自動(dòng)化，以避免粉塵危害，保護(hù)工人的健康。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，石灰乳濃度應(yīng)以510為宜。設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下：采用斗式提升機(jī)提升石灰，應(yīng)保證石灰塊度小于30mm。石灰的定量輸送宜采用螺旋或氣流輸送機(jī)，避免粉塵飛揚(yáng)。石灰乳液配制槽及儲(chǔ)槽都應(yīng)設(shè)置攪拌裝置，攪拌方式可采用機(jī)械攪拌或壓縮空氣攪拌，以機(jī)械攪拌居多。機(jī)械攪拌線速度一般為 3m/s左右，空氣攪拌強(qiáng)度為810 L（s·m2）1。乳液泵的選型應(yīng)考慮泵的耐腐蝕及耐磨性能。2.2 中和反應(yīng)及沉降 鈦白酸性廢水中主要污染物為H2SO4及微量FeSO4·7H2O，采用Ca(OH)2乳液與其進(jìn)行反應(yīng)，生成

5、CaSO4沉淀，當(dāng)pH增至8以上時(shí)，廢水中原有兩價(jià)鐵鹽被氧化成三價(jià)鐵鹽，氫氧化鐵膠體為表面活性物質(zhì)，能起到吸附作用，加快沉降速度。Ca(OH)2乳液的投加可通過(guò)pH在線控制閥進(jìn)行調(diào)控，pH宜控制在6.58.5，以達(dá)到最佳效果。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，中和反應(yīng)停留時(shí)間，應(yīng)以1530min為宜。 由于中和產(chǎn)物CaSO4重度較大，可采用重力沉降法，使其從廢水中去除。為取得較好的沉淀效果，減輕CaSO4結(jié)垢現(xiàn)象，可在廢水沉淀前適量投加高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），使CaSO4和其他懸浮物一同絮凝成懸浮顆粒，提高沉淀速度，減輕CaSO4結(jié)垢現(xiàn)象。PAM投加量與PAM的分子量有很大關(guān)系，一般采用分子量30060

6、0萬(wàn)單位，投加量為污水量的0.10.15，采用在線混合器實(shí)現(xiàn)廢水與PAM的連續(xù)混合。設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：中和反應(yīng)槽應(yīng)設(shè)置攪拌裝置，以使反應(yīng)均勻、快速進(jìn)行。攪拌方式可采用機(jī)械攪拌或壓縮空氣攪拌，機(jī)械攪拌線速度一般為9m/s左右，空氣壓力為0.10.2MPa，空氣攪拌強(qiáng)度0.2m3（min·m3)1。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，空氣攪拌可大幅提高反應(yīng)效率，減少石灰乳用量，建議設(shè)計(jì)中優(yōu)先選用，并采用膜片式防堵塞曝氣頭。CaSO4粘性較大，采用斜板、斜管沉淀池易引起斜板、斜管堵塞，維護(hù)工作量較大，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免。豎流式沉淀池、輻流式沉淀池有效容積大，占地面積小、排泥方便，適于CaSO4的分離。對(duì)于小流量廢水，

7、設(shè)計(jì)宜選用堅(jiān)流式沉淀池，間斷運(yùn)行；對(duì)于大流量廢水，設(shè)計(jì)宜選用輻流式沉淀池，連續(xù)運(yùn)行。另外，輻流式沉淀池配有刮泥機(jī)，可減緩池內(nèi)壁CaSO4的結(jié)垢現(xiàn)象。目前，濟(jì)南裕興等廠家采用戈?duì)柲み^(guò)濾器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉淀池對(duì)鈦白酸性廢水進(jìn)行處理，具有占地面積小，出水效果極佳（SS接近于零）等優(yōu)點(diǎn)。但該過(guò)濾器設(shè)備費(fèi)用較高，CaSO4易在膜上粘著，需定期酸洗或更換；建議設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮占地、投資、出水水質(zhì)要求、運(yùn)行費(fèi)用等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)因素，慎重選用。由于CaSO4粘性較大，沉淀池的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮排泥管檢修、維護(hù)的方便。無(wú)論何種沉淀池，均應(yīng)完全地上式設(shè)計(jì)；排泥管的設(shè)計(jì)也應(yīng)避免埋地，并設(shè)置沖洗水管路，定期進(jìn)行沖洗，避免堵塞。

8、2.3 污泥處理為了提高脫水設(shè)備的生產(chǎn)負(fù)荷，盡可能減少濕污泥的含水率，從沉降槽排出的污泥，一般先去污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，再進(jìn)脫水機(jī)脫水。污泥濃縮池間斷運(yùn)行不僅起到濃縮作用，也有一定的污泥貯存及緩沖作用。對(duì)于小流量的廢水，由于沉淀池間斷運(yùn)行，也起到一定的濃縮作用，可直接進(jìn)污泥脫水機(jī)脫水。脫水機(jī)的選型：目前，污水處理常用的污泥脫水設(shè)備主要有帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)及離心脫水機(jī)。其中，帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)因其處理量大，能連續(xù)運(yùn)行而在污水處理行業(yè)廣泛使用。但對(duì)于工業(yè)污水處理設(shè)備的選型，其運(yùn)行費(fèi)用的高低，也對(duì)整個(gè)裝置的正常運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用。鈦白酸性廢水污泥為無(wú)機(jī)污泥，主要成分為CaSO4，易脫水。采用帶

9、式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水，濾餅含水率高（7085），脫水前必須添加絮凝劑，而且絮凝效果的好壞直接影響到脫水效果的好壞，絮凝劑的添加量為5kgt（干污泥），每噸絮凝劑約6萬(wàn)元人民幣。相對(duì)來(lái)說(shuō)，板框壓濾機(jī)雖然勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力小，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，操作容易，濾餅含水率低（3050），用于鈦白酸性廢水污泥的脫水，可不加絮凝劑。僅藥劑一項(xiàng)，就比其他兩種機(jī)型運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約人民幣300元/t（干污泥），在鈦白酸性污水處理中仍具有一定的優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)大部分鈦白生產(chǎn)廠家均采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥處理，僅個(gè)別鈦白粉生產(chǎn)廠家采用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水處理，且均存在一定問(wèn)題。如：某鈦白粉廠污水處理站199

10、4年安裝的3臺(tái)帶式壓濾機(jī)，由于濾帶配備不合適、糾偏能力差等原因，一直未能正常運(yùn)行；1997年換成板框壓濾機(jī)后，運(yùn)行良好。另一鈦白粉廠污水處理站的帶式壓濾機(jī)雖然運(yùn)行正常，但其高昂的藥劑費(fèi)用，讓廠家不堪重負(fù)，較高的濾餅含水率無(wú)形中又增加了泥餅運(yùn)輸費(fèi)用，故二期項(xiàng)目，業(yè)主要求改用板框壓濾機(jī)。綜上所述，現(xiàn)階段采用板框壓濾機(jī)作為鈦白污水污泥處理設(shè)備具有一定的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性，建議設(shè)計(jì)中優(yōu)選用板框壓濾機(jī)。 硫酸工業(yè)的廢水處理1 硫酸廢水的排放量及廢水水質(zhì) 1.1硫酸廢水的排放量 硫酸生產(chǎn)中的凈化工藝，國(guó)內(nèi)一般采用稀酸洗和水洗兩大流程。由于水洗凈化流程是用一次性洗滌水，所以廢水量大，而稀酸洗凈化工藝的廢

11、水主要來(lái)自地坪沖洗、設(shè)備沖洗以及事故時(shí)短期排放的廢水，所以其凈化廢水排放量少。 1.2廢水的水質(zhì) 廢水的水質(zhì)與原料的成分有密切關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，廢水中除了含有硫酸、亞硫酸、礦塵（三氧化二鐵）之外，還含有砷、氟、鉛、鋅、汞、銅、鎘等有害物質(zhì)。酸度一般為2-10g/l。 2 硫酸廢水處理工藝 硫酸工業(yè)廢水處理通常采用中和法，中和法系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般分為三個(gè)組成部分：中和藥劑的制備和投配；中和反應(yīng)及沉降；污泥處置。 中和硫酸廢水的藥劑有生石灰、石灰石、電石渣等，最常用的是生石灰。 中和反應(yīng)的工藝流程將根據(jù)廢水的水質(zhì)來(lái)確定。當(dāng)砷含量低于40mg/l時(shí)，可采用一般石灰法；當(dāng)砷含量高于40mg/l低于200m

12、g/l時(shí)，采用石灰鐵鹽法； 當(dāng)砷含量高于200mg/l時(shí)，采用石灰氧化法。 3 一般中和法設(shè)計(jì) 3.1石灰乳的制備及投配的設(shè)計(jì) 石灰倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì) 廢水中和所采用的生石灰一般為散裝塊狀，一般倉(cāng)庫(kù)的堆積面積按儲(chǔ)存10-20天計(jì)算，堆積高度一般為1.2米，倉(cāng)庫(kù)附加面積采用20%-40%。石灰塊度要求小于30mm。 3.1.2石灰消化槽的設(shè)計(jì) 石灰消化量小于1.0t/d時(shí)，可用人工灰化，在消化槽內(nèi)消化，一般制成40%-50%的乳濁液，然后再配成一定濃度（5%-10%CaO或Ca（OH）2）的石灰乳。 消化槽有效容積V m3 容積系數(shù)K，一般為2-5 一次配制的藥劑量V1m3 V= K* V1 石灰消化量

13、大于1.0t/d時(shí)，采用臥式灰化機(jī)。生產(chǎn)能力為：5t/d、8 t/d、15t/d、25 t/d和50 t/d。 3.1.3灰乳儲(chǔ)槽的設(shè)計(jì) 灰乳儲(chǔ)槽應(yīng)設(shè)計(jì)兩座，作為單獨(dú)儲(chǔ)存石灰乳的灰乳儲(chǔ)槽，在貯存過(guò)程中，必須不斷攪拌。采用機(jī)械攪拌時(shí)，通常采用漿式攪拌機(jī)，線性速度一般為3m/s左右；若采用壓縮空氣攪拌，強(qiáng)度采用8-10l/s.m2。 V灰乳儲(chǔ)槽有效容積，m3 G石灰消耗量，t/d a石灰密度，一般采用0.9-1.25t/m3 c石灰溶液的濃度，%，一般為5%-10% n每天攪拌的次數(shù)，人工為3，機(jī)械為6。 V=G/（a*c*n) 3.2 中和反應(yīng)及沉降槽設(shè)計(jì) 3.2.1石灰用量的計(jì)算 Nz石灰用量

14、，kg/h Ns石灰理論計(jì)算用量，kg/h, Ns=N1+N2 N1化學(xué)反應(yīng)所需要的石灰用量，kg/h N2排水要求pH值控制在89時(shí)所耗的石灰量，kg/h。 a石灰純度：石灰含 CaO60%80%；Ca（OH）265%75%; 電石渣含CaO60%70%； 石灰石含CaCO390%95%； 白云石含CaCO340%45%； K反應(yīng)不均勻系數(shù)，一般采用1.051.15。 Nz=K*(N1+N2)/a 3.2.2 污泥量的計(jì)算 污泥量是由三部分組成,原廢水中懸浮物的含量、中和產(chǎn)生的鹽量及中和藥劑中的雜質(zhì)。 N污泥量，kg/h NA中和反應(yīng)生成物的量，kg/h NB中和藥劑的雜質(zhì)量kg/h K中和

15、前廢水中懸浮物的含量kg/m3 c中和后溶解在水中的鹽量kg/m3 d沉降后排水帶走的懸浮物的含量kg/m3 Q廢水量，m3/h 3.2.3 吸水井 吸水井的有效容積，按最大流量的1020min考慮。 3.2.4 引水罐的設(shè)計(jì) 引水罐的容積為吸水管容積的3倍。罐體高與罐體直徑比為1.21.8。罐體材料可以采用鋼襯膠、硬聚氯乙烯、復(fù)合材料或整體玻璃鋼制成。 3.2.5 石灰乳高位槽的設(shè)計(jì) 石灰乳高位槽的有效容積，按石灰用量的1020分鐘考慮。為了防止結(jié)垢和便于投配，進(jìn)入高位槽的石灰乳的量應(yīng)該為投配量的3倍；溢流回灰乳儲(chǔ)槽的量應(yīng)該是投配量的2倍。與灰乳儲(chǔ)槽同等攪拌。 3.2.6中和槽的設(shè)計(jì) 停留時(shí)

16、間一般為15min。 中和槽攪拌強(qiáng)度為中強(qiáng)。機(jī)械攪拌一般采用漿式攪拌機(jī)，攪拌功率為0.20.5kw/m3污水。壓縮空氣攪拌，空壓0.10.2MPa，空氣量0.2m3/(min.m3污水）。 3.2.7絮凝槽的設(shè)計(jì) 絮凝反應(yīng)停留時(shí)間一般取39min，反應(yīng)攪拌強(qiáng)度為弱。 3.2.8沉降槽的設(shè)計(jì) 一般采用豎流式。 （1）沉降槽有效部分面積m2 A沉降槽有效部分面積 Q設(shè)計(jì)廢水量，m3/h v 上升流速，mm/s；一般為0.20.5 mm/s u污泥沉降速度mm/s K沉降槽中，水流分布不均修正系數(shù)，0.50.7。 A=Q/（3.6v） v=u*K (2) 中心管的總面積 f1中心管總截面積，m2 Qmax最大設(shè)計(jì)廢水量，m3/h v1中心管廢水流速，m/s；有反射管時(shí)v1<0.1無(wú)反射管<0.03 (3) 有效水深 h1有效水深，m v 升流速度，m/s t 停留時(shí)間，h h1=v*t (4) 總有效容積V總，m3 V總=Qmax*t (5) 沉降部分總有效面積f2,m2 f2= V總/h1 (6) 沉降槽總有效面積f,m2 f=f1+f2 (7) 沉降槽直徑D，m2 n沉降槽個(gè)數(shù)，大于2個(gè)，為了避免輻流應(yīng)滿足D9m,D/h13。 D=sqrt4f/(d*) (8) 中心管直徑d，m D=sqrt4f1/(d*) (9) 污泥體積及污泥斗容積 V污泥體積