硫酸法鈦白廢水處理的設(shè)計注意事項
概述
目前，國內(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。生產(chǎn)間斷進行，且生產(chǎn)過程中“三廢”排放較多，但只要采取有效的環(huán)保治理措施，均可達到國家排放標準。本文主要簡述以鈦鐵礦為原料，硫酸法工藝生產(chǎn)的鈦白廢水處理技術(shù)以及設(shè)計中應(yīng)注意的問題。
1 生產(chǎn)廢水的排放量
硫酸法鈦白生產(chǎn)廢水主要來自地坪沖洗、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80～250t/a，pH約為1～5，且含有微量FeSO4·7H2O，水量及水質(zhì)變化幅度較大。鈦白廢水處理站的設(shè)計水質(zhì)、水量基本上仍應(yīng)根據(jù)工藝物料平衡計算為準，再考慮各方面的影響因素來最終確定廢水的設(shè)計值。
國內(nèi)典型鈦白粉廠廢水排放量統(tǒng)計見表1。
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2 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；污泥處置等。方框工藝流程見圖1。
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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輸量都需增大，從而導(dǎo)致固定資產(chǎn)投資的增加。對石灰用量較小及粉末Ca(OH)2運距較小的工程，建議直接采用粉末Ca(OH)2制備。但無論采用何種原料，對于石灰乳制備、投配系統(tǒng)的設(shè)計都應(yīng)盡量密閉化、自動化，以避免粉塵危害，保護工人的健康。根據(jù)經(jīng)驗，石灰乳濃度應(yīng)以5%－10%為宜。
設(shè)計注意事項如下：
①采用斗式提升機提升石灰，應(yīng)保證石灰塊度小于30mm。
②石灰的定量輸送宜采用螺旋或氣流輸送機，避免粉塵飛揚。
③石灰乳液配制槽及儲槽都應(yīng)設(shè)置攪拌裝置，攪拌方式可采用機械攪拌或壓縮空氣攪拌，以機械攪拌居多。機械攪拌線速度一般為 3m/s左右，空氣攪拌強度為8～10 L/（s·m2）[1]。
④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乳液與其進行反應(yīng)，生成CaSO4沉淀，當pH增至8以上時，廢水中原有兩價鐵鹽被氧化成三價鐵鹽，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pH在線控制閥進行調(diào)控，pH宜控制在6.5～8.5，以達到最佳效果。根據(jù)運行經(jīng)驗，中和反應(yīng)停留時間，應(yīng)以15～30min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300～600萬單位，投加量為污水量的0.1%～0.15%，采用在線混合器實現(xiàn)廢水與PAM的連續(xù)混合。
設(shè)計注意事項：
①中和反應(yīng)槽應(yīng)設(shè)置攪拌裝置，以使反應(yīng)均勻、快速進行。攪拌方式可采用機械攪拌或壓縮空氣攪拌，機械攪拌線速度一般為9m/s左右，空氣壓力為0.1－0.2MPa，空氣攪拌強度0.2m3/（min·m3)[1]。
根據(jù)運行經(jīng)驗，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)計中優(yōu)先選用，并采用膜片式防堵塞曝氣頭。
②CaSO4粘性較大，采用斜板、斜管沉淀池易引起斜板、斜管堵塞，維護工作量較大，設(shè)計中應(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。對于小流量廢水，設(shè)計宜選用堅流式沉淀池，間斷運行；對于大流量廢水，設(shè)計宜選用輻流式沉淀池，連續(xù)運行。另外，輻流式沉淀池配有刮泥機，可減緩池內(nèi)壁CaSO4的結(jié)垢現(xiàn)象。
目前，濟南裕興等廠家采用戈爾膜過濾器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉淀池對鈦白酸性廢水進行處理，具有占地面積小，出水效果極佳（SS接近于零）等優(yōu)點。但該過濾器設(shè)備費用較高，CaSO4易在膜上粘著，需定期酸洗或更換；建議設(shè)計時綜合考慮占地、投資、出水水質(zhì)要求、運行費用等各項經(jīng)濟、技術(shù)因素，慎重選用。
③由于CaSO4粘性較大，沉淀池的設(shè)計應(yīng)充分考慮排泥管檢修、維護的方便。無論何種沉淀池，均應(yīng)完全地上式設(shè)計；排泥管的設(shè)計也應(yīng)避免埋地，并設(shè)置沖洗水管路，定期進行沖洗，避免堵塞。
2.3 污泥處理
為了提高脫水設(shè)備的生產(chǎn)負荷，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行濃縮，再進脫水機脫水。污泥濃縮池間斷運行不僅起到濃縮作用，也有一定的污泥貯存及緩沖作用。對于小流量的廢水，由于沉淀池間斷運行，也起到一定的濃縮作用，可直接進污泥脫水機脫水。
脫水機的選型：
目前，污水處理常用的污泥脫水設(shè)備主要有帶式壓濾機、板框壓濾機及離心脫水機。其中，帶式壓濾機、離心脫水機因其處理量大，能連續(xù)運行而在污水處理行業(yè)廣泛使用。但對于工業(yè)污水處理設(shè)備的選型，其運行費用的高低，也對整個裝置的正常運行起到?jīng)Q定性作用。
鈦白酸性廢水污泥為無機污泥，主要成分為CaSO4，易脫水。采用帶式壓濾機、離心脫水機進行脫水，濾餅含水率高（70%～85%），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5kg/t（干污泥），每噸絮凝劑約6萬元人民幣。相對來說，板框壓濾機雖然勞動強度大，生產(chǎn)能力小，但其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，操作容易，濾餅含水率低（30%～50%），用于鈦白酸性廢水污泥的脫水，可不加絮凝劑。僅藥劑一項，就比其他兩種機型運行費用節(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。目前，國內(nèi)大部分鈦白生產(chǎn)廠家均采用板框壓濾機進行污泥處理，僅個別鈦白粉生產(chǎn)廠家采用帶式壓濾機進行污泥脫水處理，且均存在一定問題。如：某鈦白粉廠污水處理站1994年安裝的3臺帶式壓濾機，由于濾帶配備不合適、糾偏能力差等原因，一直未能正常運行；1997年換成板框壓濾機后，運行良好。另一鈦白粉廠污水處理站的帶式壓濾機雖然運行正常，但其高昂的藥劑費用，讓廠家不堪重負，較高的濾餅含水率無形中又增加了泥餅運輸費用，故二期項目，業(yè)主要求改用板框壓濾機。
綜上所述，現(xiàn)階段采用板框壓濾機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)濟合理性，建議設(shè)計中優(yōu)選用板框壓濾機。
參考文獻：
[1] 丁德承，等.硫酸工業(yè)的廢水處理[M].北京:化學工業(yè)出版社，1998。
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