二級曝氣中和法處理酸洗廢水工藝的研究
根據酸洗廢水的水質特點，介紹了二級曝氣中和法作為酸洗廢水的處理工藝，并在理論上對該工藝進行了探討，模擬試驗結果表明，二級曝氣中和法對酸洗廢水中污染物去除效果顯著，出水符合排放要求，工藝合理可行。
我國南方某地區年產不銹鋼制品達20萬t，在酸洗過程中有大量酸洗廢水產生，酸洗廢水呈酸性且含有大量的鐵、鎳、鉻、氟等污染物質，使得該地區域內河流均受到不同程度的污染。受當地政府和環保部門委托，根據現場取樣的分析檢測結果，提出了該地區酸性廢水集中處理的工藝技術方案。
處理工藝
1.1 水質分析及其特點
經水樣檢測和分析，進水水質主要有如下特點：
1)廢水pH<4，必須進行中和處理。
2)廢水有機污染物含量低，COD主要是由于廢水中含有大量的亞鐵離子在測定過程中還原重鉻酸根造成的，因此需要采取有效的措施將亞鐵離子除去以降低出水的COD。
3)廢水中含有一定濃度的氟化物。在鈣的化學計量濃度下，氟化鈣的理論最大溶解度約為8mg/L，采用石灰沉淀法，通過控制藥劑投加量可使出水F-滿足排放要求。
4)廢水中含有大量的鐵離子和亞鐵離子，亞鐵離子在中性或堿性條件下易被水中溶解氧所氧化，最終生成紅褐色氫氧化鐵沉淀而被去除。
5)廢水中含有鉻，由于酸洗廢水中含有大量的亞鐵離子，因此鉻主要以Cr3+形式存在，無需投入化學還原劑將六價鉻還原成三價鉻，三價鉻在堿性條件下易生成氫氧化鉻沉淀被去除。
6)廢水中含有鎳，在廢水中以Ni2+存在，通過調節廢水至堿性可將鎳以Ni(OH)2沉淀形式去除。
7)廢水中的色度主要是由于亞鐵離子造成的(呈綠色)，亞鐵離子排入水體后被水中的溶解氧氧化生成氫氧化鐵，從而使水體呈現紅棕色，這個現象可以在加工廠附近的水體中觀察到，只要將廢水中的亞鐵離子去除就可使出水色度達標。
1.2 主體工藝方案的確定
由上述分析可知，采用中和法可同時實現廢水中的鐵、鎳、鉻、氟等污染物質的去除，使出水達標排放。典型的中和系統采用碳酸鈉、氫氧化鈉、石灰石或石灰，而最普遍的是用石灰。石灰石比消石灰更為經濟，反應時產生較稠的污泥，但在pH值6.5以上反應慢。除了石灰石以外，石灰是最便宜的化學品，反應又快，其缺點是產生大量的污泥。因此采用石灰石和消石灰二級中和法可以發揮兩者的優點，主體工藝流程見圖1。
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1)一級曝氣中和。一級中和的機理是：利用比消石灰價格更為低廉的石灰石將酸洗廢水的酸性由強酸性中和到弱酸性，這樣可以有效地降低藥劑費用。常規工藝使用石灰石中和處理酸洗廢水時常常產生一些困難，這是由于中和反應所產生的硫酸鈣覆蓋在石灰石表面會妨礙中和反應的進行;此外，如果中和程度控制不當會生成絮狀氫氧化亞鐵沉淀，此時出水上面的澄清液盡管會一度呈現透明狀態，但它還是含有很多的Fe2+，經過一段時間以后亞鐵被空氣中的氧所氧化生成氫氧化鐵沉淀，澄清液會變成褐色的污濁液，而且該沉淀物不易濃縮，使得沉淀的泥渣處理困難。采用一級曝氣中和技術，選用粒徑為0.5mm~3mm的石灰石，則可以有效避免出現上述情況，首先該技術采用曝氣手段可以確保石灰石顆粒不會被反應過程中生成的硫酸鈣沉淀物所覆蓋，從而保障反應的持續進行;其次將一級曝氣中和出水的pH值控制到4~5，不但可有效防止反應過程中產生氫氧化鐵沉淀，而且可有效吹脫反應過程中生成的二氧化碳氣體，減少二級過程中泥渣生成量;再次，采用構型和流態合理的反應器既能有效吹脫反應過程中產生的二氧化碳，又可以沖走易堵塞濾層的微細懸浮物質，確保一級中和反應的進行。
2)二級曝氣中和混凝。一級曝氣中和反應器出水自流進入二級曝氣中和混凝反應池后，投加消石灰對進水酸堿性進行微調。本階段充分利用酸洗廢水中鐵含量較大的特點，使之在反應過程中一方面作為污染物被去除，另一方面也起到混凝作用而提高對其他污染物的去除，保證出水的達標排放，此階段為污染物去除的主要階段。曝氣不但可以將亞鐵氧化成三價鐵，而且可以起到攪拌作用，防止反應生成的泥渣沉積。混合液采用常規的沉淀法就可以基本滿足出水水質要求。
3)砂濾。采用砂濾作為出水保證措施，防止沉淀處理后的出水殘留少量絮狀物導致出水污染物超標，從而確保出水各項指標均能穩定達標排放。
4)污泥處置。由上述分析可知，酸洗廢水中鐵、鉻和鎳是以氫氧化物沉淀的形式、氟是以氟化鈣沉淀形式被去除的，該處理過程中必然會產生大量的泥渣，泥渣的妥善處理處置是必要的。由于該泥渣主要成分為無機物且含有大量的重金屬污染物，幾乎不含有機污染物，因此不宜采用常規穩定化技術進行處理。該泥渣不含放射性物質，脫水后可就近運往磚廠制磚，使金屬離子晶格化、穩定化，有效避免二次污染。
結果與討論
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結合表1和表2水質分析結果可以看出，本工藝對于酸洗廢水中污染物去除效果顯著，出水完全符合污水綜合排放標準的要求。這一方面是因為本工藝充分利用了廢水中含有大量的鐵，通過鐵鹽的混凝作用大幅度地去除污染物;另一方面是試驗過程中嚴格控制了各處理階段的工藝參數(如pH值、沉渣回流比、加藥量、曝氣強度)，使得本工藝對各種重金屬離子、氟化物以及其他污染物的去除獲得了令人滿意的效果。模擬試驗表明，污染物的去除效率主要取決于混合液中氫氧根離子濃度、鈣離子濃度以及泥水分離效果，大量氫氧化鐵沉淀物的生成對污染物去除和泥水分離具有積極的影響。處理后泥水分離效果較好，靜置沉淀15min時泥渣沉降比為78%，靜置2h后泥渣沉降比為20%，上清液無色透明。而且，靜置沉淀2d以后，上清液色度沒有回升，說明本工藝對鐵的去除很徹底。
3 結語
1)模擬試驗表明，二級曝氣中和法對于酸洗廢水中污染物去除效果顯著，該工藝合理可行。
2)污染物的去除效率主要取決于混合液中氫氧根離子濃度、鈣離子濃度以及泥水分離效果，因此，pH值、沉渣回流比、加藥量、曝氣強度等的控制非常重要。
3)工藝出水水質完全符合污水綜合排放標準的要求，可有效保護本地區生態環境。
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