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石灰法处理含磷含氟废水

文章来源:海西给排水 发布时间:2016-09-01 08:27:40 阅读次数:2060 次 [关闭]

(波鹰(厦门)科技有限公司  杨幼军)

摘要:采用石灰中和沉淀法处理高浓度含磷含氟废水通过小试试验研究了pH值、加药顺序、混合强度等关键工艺参数,并得出最佳工艺条件。结果表明过量的碱有利于去除废水中的磷酸根,但碱投加太多则会影响磷沉淀效果;同时,强烈搅拌能更好的去除磷酸盐。该工艺具有投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高及环境效益好等特点,适用于处理高浓度含磷废水。

关键词:石灰法;高浓度含磷废水;混凝沉淀

1 前言

目前,国内外含磷含氟废水(PF废水)的处理一般采用石灰中和沉淀处理工艺[1],对于高含F-PO43-浓度废水,Ca2+F-PO43-结合生成不溶性的钙盐从而去除。为了强化处理效果,有的会在投加石灰的同时投加CaCl2,混凝剂及助凝剂等[2]PF废水处理主要考虑除磷除氟,一般采用钙盐、铁盐或铝盐沉淀法。投加化学沉析剂后能否生成沉淀可根据溶度积数据来判断,即:

由溶度积常数数值可得出,铁盐或铝盐与氟化物均不生成沉淀(低浓度时无沉淀,高浓度时饱和析出),但能生成CaF2沉淀,因此,投加钙盐可同时除氟除磷酸盐。PF废水中磷酸盐主要以H2PO4-形态存在,投加钙盐产生的羟基磷灰石是最稳定的固态磷酸盐,并且平衡常数最大,因此,高浓度含磷含氟废水通常采用投加钙盐的方法进行处理[3]。钙离子与磷酸根反应生成沉淀,其反应方程式如下:

5Ca2++7OH-+3H2PO4- = Ca5(OH)(PO4)3↓+6H2O         (1)

同时存在副反应:

Ca2++CO32- = CaCO3                               (2)

反应(1)的平衡常数KS0=10-55.9。根据反应(1)(2)可知,沉淀法除磷效率取决于阴离子的相对浓度和pH值,磷酸盐在碱性条件下与钙离子反应生成羟基磷酸钙,并随着pH值增加反应趋于完全,要以沉淀形式更彻底地去除磷酸盐,必须对废水的pH值进行调整。因此,我们用废水进行了碱度调整试验以及搅拌强度对比试验,以考察工艺设计最佳参数。

2 小试试验及结果

2.1 NaOHCaCl2PO43-去除影响试验

PF废水原液100 mLPO43-浓度约在12.0 g/L)于烧杯中,将33.0 % NaOH饱和溶液按8.80 mL9.70 mL17.65 mL三水平进行投加;42.0 %CaCl2饱和溶液按11.40 mL13.00 mL14.70 mL18.10 mL四水平进行投加,反应完全后静置30 min,测定上清液中PO43-浓度。设置3组平行试验,试验结果如表1所示。

以上试验结果表明,投加过量的CaCl2有助于磷酸钙沉淀的生成,达到除磷效果;投加过量的碱有助于H2PO4-转化为PO43-,但过多的碱并不一定能有效降低出水中的PO43-浓度;相反还可能使得出水PO43-浓度的升高,这可能与Na3PO4的溶解度,以及混合液中盐度过高有关。

本次试验结果表明,饱和NaOH溶液投加量为8.80mg/L,饱和CaCl2溶液投加量为18.10 mg/L时,废水中PO43-的去除效果最好。

2.2 加药顺序以及搅拌强度对PO43-去除影响试验

为了考察加药顺序以及搅拌强度对PO43-去除的影响,设置ZAB三组试验,其中Z为对照组。具体操作步骤如下:

对照组Z8.8 mL NaOH→中速磁力搅拌→18.1mL CaCl2→中速磁力搅拌,搅拌采用40w高速磁力搅拌器;总搅拌时间约为10min

       实验组A4.4mL NaOH→中速磁力搅拌→9.05 mL CaCl2→中速磁力搅拌→4.4 mL NaOH→中速磁力搅拌→9.05 mL CaCl2→中速磁力搅拌,搅拌采用40w中速磁力搅拌器,总搅拌时间约为10 min

实验组B8.8 mL NaOH→高速磁力搅拌→18.1 mL CaCl2→高速磁力搅拌,搅拌采用40w高速磁力搅拌器;总搅拌时间约为10 min

试验结果表明,药剂投加顺序以及搅拌强度(混合程度)对PO43-去除的存在一定的影响:在NaOH CaCl2投加总量一定的条件下,一次性投加药剂或者强烈搅拌,能提高废水中PO43-的去除效果。

3工程实例

厦门某图文影像有限公司是国内规模较大的影像产品生产基地,该厂在生产过程中会产生高浓度含磷含氟废水(PF废水),该废水如未经处理而直接排入水体,会对周围水域及土壤等造成较严重的污染,从而危害人们的日常生活。

3.1  水质水量

PF废水为生产上冲洗铝板时产生,废水组分单一,但水质变化较大,主要污染物为无机盐,以磷酸二氢钠和氟化钠为主,因此主要去除污染物是PO43-F-。设计进水水质为:F- 7000 mgL PO43- 16000 mgL p H 3 ~ 5 、温度为 2025。本工程设计处理水量为3.0 m³/h,出水需要确保总外排尾水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准。

3.2  废水处理工艺

       在参阅大量类似废水处理资料,总结类似废水实际处理经验的基础上[4,5],经仔细分析PF废水水质并进行了大量小试后,决定采用中和-沉淀处理工艺对此废水进行处理。本工程的主要设备构筑物如下:紧急储存罐、一级提升泵、批次反应器、二级提升泵、板框压滤机、砂滤罐、清水罐、酸碱中和系统、石灰乳添加系统、反冲洗系统以及污泥处理系统。具体工艺流程如图1所示。

1. 废水处理工艺流程图

PF生产废水从原水罐泵提升至处理系统,系统正常运行状态下:废水由提升泵直接提升至批次反应罐,每个处理批次处理量为3.0 m3/d。加药系统在自控系统控制下向反应罐内先投加NaOH溶液(同时进行搅拌混合),再投加CaCl2进行除磷除氟并搅拌混合。反应罐内的泥水混合物由连接在反应罐底部排水口处的污泥泵提升至板框压滤机进行泥水分离,分离出来的干泥饼定期外运,板框压滤机排出的滤液以自流方式进入砂滤罐,以截留滤液中部分悬浮物,防止磷酸盐进入后续酸碱处理系统出现磷酸盐偏高。经砂滤罐过滤后的出水进入清水罐,清水罐设有计量泵和回流泵,处理合格的废水通过计量泵小流量混入原有酸碱水处理系统排放;部分出水由回流泵抽至脱水系统用以反冲洗批次反应罐,防止污泥沉积。

系统若处于以下异常状态(车间紧急排水或处理水水质过高)时,废水需先排至紧急提升罐子,再通过泵提升至批次反应罐再行处理。(1)车间来水浓度过高时(>16.0 g/L),进入紧急储存罐进行稀释;2)处理不合格的清水由回流泵提至紧急储存罐重新处理,直至出水达致设计水质。

3.3 工艺设备及主要构筑物设计参数

       本工程主要工艺设备及主要构筑物设计参数见表3

3. 工艺设备及主要构筑物设计参数

 

4工程运行结果

该处理系统运行期间,达到了良好的处理效果,具体出水水质如表4所示.

 

由表4可知,该工艺处理高浓度含磷含氟废水,出水水质稳定且达标,达到设计预期效果。

5 结论

(1)    采用石灰法除磷的关键技术是利用石灰或 CaCl2 作为化学沉析剂 ,通过机械搅拌混合, 控制适量反应、混合强度以及反应pH值。

(2)    投加过量的碱有助于除磷,但过多的碱并不一定能有效的降低出水中的PO43-浓度;同时,在NaOH CaCl2投加总量一定的条件下,一次性投加药剂或者强烈搅拌,能提高废水中的PO43-的去除效果。

(3)    石灰法除磷适用于处理高浓度含磷废水,其处理工艺简单、 运行费用低 、操作简便。

参考文献:

[1] 王昶, 吕晓翠, 贾青竹, . 含磷废水处理技术研究进展[J]. 水处理技术, 2009, 35(12): 16-21.

[2] 张林生, 鞠宇平, 周瑜, . 石灰沉淀-结晶法处理高浓度含磷废水[J]. 给水排水, 2002, 28(5): 42-44.

[3] 熊鸿斌, 刘文清, 李鸿敬. 钙法处理高浓度含磷废水[J]. 中国给水排水, 2003, 19(5): 91-92.

[4] 韩沛, 张少倩. 接触氧化法处理印刷胶片废水存在问题与改进研究[J]. 环境工程, 1999, 17(3): 22-24.

[5] 唐建国. 化学除磷的设计计算 [ J ] . 给水排水, 2000 , 26( 9) : 17 - 21 .

作者简介:杨幼军,男,工程师,波鹰(厦门)科技有限公司技术中心副主任,主要从事水处理技术研究与应用,2635698125@qq.com



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