冷軋廠酸堿廢水處理的中和曝氣池設(shè)計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。冷軋廠酸堿廢水處理的中和曝氣池設(shè)計冷軋廠酸堿廢水處理的中和曝氣池設(shè)計冷軋廠酸堿廢水處理的中和曝氣池設(shè)計 1 廢水性質(zhì)和工藝流程1.1酸堿廢水的性質(zhì) 冷軋廠在生產(chǎn)過程中需排出一些酸堿廢水，這是由于鋼材在軋制或進行其他后處理工序(如 ：涂層、退火等)前必須進行酸洗和堿洗，以去除鋼材表面的氧化鐵和油脂。酸堿廢水根據(jù) 排出點的不同，均有濃、稀之分，其水質(zhì)詳見表1。表1 冷軋廠酸堿廢水水質(zhì)表廢水分類酸堿濃度(g/L) 溫度()COD(g/L)Fe2+(g/L)油脂(g/L)pH濃酸廢水(HCl)7060110稀酸

2、廢水(HCl)14606濃堿廢水(NaOH)306080251014稀堿廢水(NaOH)550603112堿性廢水含有大量的油，必須先除油才能進入酸堿廢水處理系統(tǒng)。酸堿廢水除了含有酸、堿 、油、鐵外，根據(jù)其生產(chǎn)品種的不同，還可能含有一些重金屬離子如：鋅、鎳、銅、錫、鉻 等。1.2 處理工藝流程 為了達(dá)到中和酸堿、去除重金屬離子的目的，一般采用化學(xué)沉淀法處理，常規(guī)工藝流程見圖1。在圖1所示的處理系統(tǒng)中，中和曝氣池是其處理過程中的重要環(huán)節(jié)，也是設(shè)計的重點。2 中和曝氣池的設(shè)計計算2.1中和劑的選用 據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)冷軋廠的廢水通過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)以后均呈酸性，所以在中和曝氣池基本上是投加堿性中和劑，如氫氧

3、化鈉、碳酸鈉和氫氧化鈣等。選擇藥劑考慮的主要因素有：價格、反應(yīng)速度、用量、貯存和制備裝置的費用、輸送的難易程度以及化學(xué)反應(yīng)后的最終產(chǎn)物。以價格來說，在處理效果相同的情況下，氫氧化鈉、碳酸鈉和氫氧化鈣三者之比為4810015；從反應(yīng)速度來說，氫氧化鈉碳酸鈉氫氧化鈣；從用量、貯存和制備裝置的費用來 說，氫氧化鈉碳酸鈉氫氧化鈣；從反應(yīng)生成物來說，氫氧化鈣的生成物最容易脫水，使用氫氧化鈉中和時會產(chǎn)生大量絮稠而難以沉淀的污泥，而碳酸鈉會因生成的CO2釋放而產(chǎn)生發(fā)泡問題。經(jīng)綜合比較，中和劑一般采用氫氧化鈣的乳濁液即石灰乳。石灰乳的投加濃度一般為10%以Ca(OH)2計，超過此濃度輸送比較困難，容易沉淀。酸

4、性中和劑一般采用鹽酸(HCl)或硫酸(H2SO4)。2.2 中和劑投加量的計算在中和曝氣池中，由于金屬離子與氫氧根生成不溶性的氫氧化物，會消耗大量的氫氧化鈣。堿性中和劑主要消耗在以下四個方面：中和廢水中的游離酸；中和廢水中的酸性鹽；提供氫氧根離子直接與金屬離子反應(yīng)生成不溶的氫氧化物沉淀；調(diào)節(jié)pH值至堿性，獲得有利于金屬氫氧化物沉淀的條件。前三項Ca(OH)2的消耗量均可通過相應(yīng)的化學(xué)方程式計算得出。2.3曝氣裝置的選擇 與城市污水的生化處理不同的是，冷軋廠酸堿廢水含有大量沉渣和廢酸，很容易產(chǎn)生堵塞和腐蝕。因此，選用曝氣設(shè)備時首先要考慮腐蝕和堵塞問題，而不僅僅從效率方面考慮。從各方面綜合考慮，一

5、般冷軋廠酸堿廢水處理常采用穿孔管或雙螺旋曝氣器，這主要是因為兩者的腐蝕和堵塞問題較其他設(shè)施容易解決，且曝氣池結(jié)構(gòu)形式簡單，池體防腐容易處理。而表面曝氣器為了提高其曝氣效率需考慮水的流態(tài)，池體必須做成流線型，給施工和防腐增加了一定難度。根據(jù)經(jīng)驗，采用穿孔管曝氣時，其穿孔孔徑一般取5mm，否則容易堵塞。同時，其產(chǎn)生的大氣泡需通過增加曝氣強度和機械攪拌設(shè)備來提高氧的傳遞速率，因為增加空氣流量可產(chǎn)生 附加紊動，氣泡之間的碰撞可將大氣泡剪切為較小的氣泡，從而增加了氣水界面，提高了氧傳遞速率。2.4 曝氣強度的計算由于Fe(OH)2的溶度積為1.0×10-15，而Fe(OH)3的溶度積為3.2&

6、#215;10-38，F(xiàn)e(OH)2的溶解度遠(yuǎn)大于Fe(OH)3，而且沉淀性能也不好，因此應(yīng)盡量使反應(yīng)的生成物朝Fe(OH)3方向發(fā)展。在中和曝氣池中通入空氣時產(chǎn)生如下反應(yīng)：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3從反應(yīng)過程可以看出，生成Fe(OH)3的關(guān)鍵因素在于系統(tǒng)中氧的含量，也就是曝氣強度和充氧效果。曝氣強度計算過程如下：根據(jù)實際需氧量和廢水的Fe2+含量計算出廢水需要的實際供氧速率N0.14×QFe2+(1)式中N 實際供氧速率，kg/hQFe2+Fe2+含量，kg/h0.14Fe2+氧化成為Fe3+所需氧量，kg/kg Fe2+，這是一個重要的設(shè)計參數(shù)根據(jù)實際供氧速

7、率N計算標(biāo)準(zhǔn)供氧速率No=(N×Cs)/×(×Csm-Co)×1 .024T-20 (2)式中 一般取0.80.85 一般取0.90.97Cs 標(biāo)準(zhǔn)條件下清水中飽和溶解氧(0.00917kg/m3)C0一般取0.002kg/m3T混合液溫度，KCsm曝氣裝置在水下深度至池面的平均溶解氧值(kg/m3)，由下式計算Csm=Cs(Qt/42+Pb/2.086 ) (3)式中Pb曝氣裝置處的絕對壓力Qt曝氣池逸出氣體中含氧量，%，可由下式計算Qt=21(1-EA)/79+21(1-EA) (4)式中EA 充氧設(shè)備的氧利用率根據(jù)下式計算出壓縮空氣的耗量QYQ=N

8、o/(0.23×Pt) (5)式中QYQ 壓縮空氣耗量，m3/h0.23空氣中氧含量的質(zhì)量百分比Pt當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋琸g/m32.5 中和曝氣池的容積計算 中和曝氣池發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中，除了Fe(OH)2氧化為Fe(OH)3的過程比較慢以外，其他的化學(xué)反應(yīng)均可在很短的時間內(nèi)完成，這是因為空氣中的氧在廢水中的傳遞有一定的速度。因此，中和曝氣池的容積取決于酸堿廢水中Fe2+的濃度和廢水量。其中，廢水的含鐵量要以可能的最大含量來計算。中和曝氣池的有效容積V=k×No/0.0084 (6)式中k不均勻系數(shù)，一般取1.11.20.0084廢水中氧傳遞速率，kg/(m3·h)3

9、注意事項3.1 pH值的控制冷軋酸堿廢水的除鐵方法是將FeCl2轉(zhuǎn)化成Fe(OH)2，然后通過曝氣使Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而去除。盡管Fe(OH)2也可以沉淀，但在實際應(yīng)用中卻盡量使廢水中的鐵轉(zhuǎn)化成為Fe(OH)3，其理由是：在中性條件下，F(xiàn)e3+的溶度積較Fe2+低；Fe(OH)2沉渣的濃縮和脫水較Fe(OH)3困難；Fe(OH)2沉渣會緩慢氧化，隨之發(fā)生酸化；廢水中殘存的Fe(OH)2可與重鉻酸鉀起反應(yīng)，使廢水中的COD提高；廢水中殘存Fe(OH)2的緩慢氧化會使出水的pH值逐漸降低，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致出水超標(biāo)。在化學(xué)沉淀法處理酸堿廢水的過程中，鐵離子是轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2還是

10、Fe(OH)3，pH值的控制是一個非常重要的因素。在pH=5.5時，F(xiàn)e(OH)3溶解度最??；pH=12時，F(xiàn)e(OH)3會重新溶解。在pH值為7.07.5條件下進行曝氣，F(xiàn)e2+可迅速轉(zhuǎn)化為Fe3+；而在pH8時，則首先大量形成Fe(OH)2沉淀。因此在設(shè)計中，應(yīng)將一級中和曝氣池的pH值控制在7.07.5的范圍之內(nèi)，盡可能地使Fe2+轉(zhuǎn)化成為Fe3+。如果pH值調(diào)節(jié)過高，則Fe2+還沒有來得及轉(zhuǎn)化為Fe3+ 就已沉淀，導(dǎo)致后續(xù)處理困難。重金屬離子的去除同樣采用中和沉淀法處理，其處理效果同樣與廢水的pH值有直接關(guān)系。如果廢水中沒有其他重金屬離子或含量很少，以除鐵為主時，則可略為降低二級中和曝氣

11、池的pH值，使廢水中的鐵盡可能地得到去除。如果廢水中有其他有害重金屬離子，則應(yīng)該綜合考慮二級中和曝氣池的pH值控制，使廢水中的鐵及重金屬離子均最大程度地得到去除，使出水達(dá)到設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，酸堿廢水中的重金屬離子含量相對于鐵離子含量來說很低，且性質(zhì)與鐵離子相似，當(dāng)廢水中的鐵離子去除效果達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)時，其他重金屬離子的含量也同時可以滿足要求，因此一般設(shè)計上只考慮鐵離子的去除就可以了。表2為各種金屬離子開始生成氫氧化物沉淀時的pH值范圍。表2 幾種金屬開始生成氫氧化物沉淀時的pH值金屬元素pH值金屬元素pH值A(chǔ)l3+3.710Ni2+8.014Fe2+7.514Zn2+7.014Fe3+2.03.7Cu2+6.013Cr3+4.714Pb2+7.513Mn3+2.7Sb3+0103.2 曝氣效果對出水水質(zhì)的影響 Fe2+能否充分地氧化成Fe3+，除了需要合適pH值外，更主要的是廢水中要有充足的溶解氧。當(dāng)溶解氧不足時，處理過程的生成物主要是Fe(OH)2，但其不穩(wěn)定，經(jīng)沉淀后廢水中仍有殘存，且在排放過程中被逐漸氧化，導(dǎo)致出水的pH值逐漸降低，甚至超出排放標(biāo)準(zhǔn)。同時，由于Fe(OH)2可被強氧化劑氧化，使廢水的COD提高，嚴(yán)重時可超標(biāo)。某冷軋廠廢水處理站在實際運行中曾經(jīng)有過類似情況的發(fā)生，該站采用的是雙螺旋曝氣