除氟裝置在循環水系統中的應用

徐宗奇

(河南能源龍宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476600)

河南能源龍宇煤化工富余合成氣制20萬t/a乙二醇項目配套建設有一套循環水裝置,系統冷卻水量為24 000 m3/h,補充水為經過處理后的礦井涌水,排污量約300 m3/h,F-濃度3～5 mg/L,排污經過雨水管道進入雙鳳溝。永城市政府于2018年下發規定,工業外排水需要符合國家《地表水環境質量標準》( GB3838—2002) 中三類氟化物排放標準,F-濃度需控制在1 mg/L以內。為了從源頭上解決循環排污水氟離子超標,通過在三期循環水建造除氟裝置,采用化學沉淀來去除水中的氟離子,經過除氟裝置處理的排放廢水進入雨水系統,消除了氟離子對人和環境的影響。

1 污染物去除原理及方法

當前,國內外高濃度含氟廢水的處理方法有許多,常見的有吸附法和沉淀法兩種。其中沉淀法主要應用于工業含氟廢水的處理,吸附法主要用于飲用水的處理。沉淀法是高濃度含氟廢水處理應用較為廣泛的方法之一,是通過加藥劑或其他藥物形成氟化物沉淀或絡合物沉淀,通過固液分離達到去除的目的,藥劑、反應條件和固液分離的效果決定了沉淀法的處理效率。

化學沉淀法主要應用于高濃度含氟廢水處理,采用較多的是鈣鹽沉淀法,即石灰沉淀法,通過向廢水中投加鈣鹽等化學藥品,使鈣離子與氟離子反應生成CaF2沉淀,來實現去除廢水中F-的目的。該工藝簡單方便,費用低,但是存在一些不足。處理后廢水中的氟含量達10～15 mg/L,即使再加石灰水,也很難繼續反應,因此該方法一般適合于高濃度含氟廢水的一級處理,很難達到國標一級標準。

“鈣鹽+復配藥劑”共沉除氟法是在水中加入鈣鹽的同時加入聚合氯化鋁等復配藥劑混凝劑,利用Al3+與F-的絡合作用以及復配藥劑水解后產生的A1(OH)3礬花,去除廢水中的F-,效果最佳。由于藥劑投加量少、成本低,并且一次處理后出水F-即可達到3～4 mg/L,因此“鈣鹽+復配藥劑”共沉法常用于中高濃度含氟廢水處理。

吸附法是將裝有活性氧化鋁、聚合鋁鹽、褐煤吸附劑、功能纖維吸附劑、活性炭等吸附劑的設備放入工業廢水中,使F-通過與固體介質進行特殊或常規的離子交換或者化學反應,最終吸附在吸附劑上而被除去,吸附劑還可通過再生恢復交換能力。為了保證處理效果,廢水的pH值不宜過高,一般控制在偏酸性,另外吸附劑的吸附溫度要加以控制,不能太高。該方法一般在工業含氟廢水處理中用于末端的保護措施,效果十分顯著,F-最低可達0.5 mg/L以下。

本工程F-濃度為3～5 mg/L,屬低氟廢水,若不采用吸附工藝,針對低氟廢水,要將F-濃度降到1.0 mg/L以下,需選用合適的除氟專用藥劑,控制好反應條件。

2 化學除氟的工藝流程

為防止循環排污水出現大的水質波動,本工藝廢水從冷卻塔自流至收集池,進行均質均量,然后低氟廢水經泵提升至預反應池。預反應池分為兩格,第一格投加氫氧化鈉調整循環水的pH值,創造良好的反應條件;第二格投加陽離子PAM藥劑進行除氟反應。預反應池出水自流至沉淀池,沉淀池前端為混凝區,后端為沉淀分離區,PAM投加至第一格反應倉進行混凝反應,而后進入沉淀分離區進行固液分離,經分離后的上清液排入中間水池。 自由沉淀的污泥排入污泥池,污泥池與中間水池有一定的液位差,沉淀后的上清液通過閥門控制流入中間水池,底部沉淀后的污泥通過污泥泵送至疊螺脫水機,脫水后泥餅外運送入鍋爐焚燒,濾液流入中間水池。除氟裝置進水指標如下：F-濃度3～5 mg/L,溫度30～40 ℃,pH值6～9?；瘜W除氟工藝流程見圖1。

圖1 循環水除氟工藝流程

2.1 除氟裝置的組成與應用

除氟裝置由排污廢水管道、1座均質池、2套預反應池、2套沉淀池、1座污泥池和濃縮池、9臺隔膜計量泵、4臺污泥螺桿泵、1座中間水池、1座排水池、7臺離心泵、3臺疊螺脫泥機組合而成,設計處理量為350 m3/h。其中PAM用的陽離子助凝劑,液堿用的是濃度為30%的氫氧化鈉,除氟藥劑用的是鋁鹽復配藥劑,在預反應區加液堿、除氟劑、PAM后,利用除氟劑與F-的絡合形成礬花后與混凝藥劑沉淀,去除廢水中的氟離子,使其降低到1 mg/L以下。

2.1.1均質池

一般工業循環水排出的廢水,水質、水量、酸堿度或溫度等指標往往會隨排水時間、負荷、季節和裝置運行情況而大幅度波動,這種變化對除氟處理設施的運行是非常不利的,甚至使其遭到徹底的破壞而影響出水水質。因此設置均質調節池是非常必要的,均質調節池的作用是克服循環污水排放的不均勻性,均衡調節污水的水質、水量、水溫的變化,儲存盈余、補充短缺,使除氟處理設施的進水量均勻,從而降低污水的不一致性對后續處理設施的沖擊性影響。此外,酸性廢水和堿性廢水還可以在調節池內互相進行中和處理。該池是由鋼筋混凝土澆筑而成,地上池容積為384 m3,廢水平均停留時間為1.1 h的池子,循環排污廢水經過直徑為400 mm的碳鋼管道進入該池內,通過3臺提升泵將水送入后續預處理系統。

2.1.2預反應池

預反應池是由碳鋼板材焊接而成,有效容積為36.75 m3,設計流量為175 m3/h, 池內設置2臺攪拌機,通過攪拌增加分子間接觸,減少水與藥物分子之間的反應時間,提高反應速率。均質后的廢水經提升泵提升后進入后續工藝,在第一格與氫氧化鈉反應控制廢水的pH值為偏堿性,為后續工藝提供除氟條件,偏堿性廢水進入第二格與除氟劑在機械攪拌機的輔助下進行混合反應,形成較小的絮凝體,該反應為下一步的沉淀提供良好的處理條件。

2.1.3沉淀池

本裝置采用的是平流式沉淀池,其內部分為混凝區和沉淀區兩部分,沉淀區內設置8個V型沉淀凹槽。來水在混凝區加入PAM經過充分混合形成大顆粒礬花絮體,由于絮體的密度大于水的密度,在沉淀區內沉淀后由排泥管排入污泥池,上清液則順著管道進入中間水池。沉淀池底部設置2臺螺桿泵將池內的污泥送入污泥濃縮池進行濃縮。

2.1.4污泥濃縮池

裝置正常運行時產生的污泥多采用連續式重力濃縮池來進行污泥濃縮,濃縮池采用鋼筋混凝土建造,有效容積為144 m3,池內設有進泥管、出泥管、上清液出水管和1座中心傳動刮泥機。沉淀池污泥由2臺螺桿泵輸送到濃縮池,由于污泥的密度比水大,泥會沉降到池底,分離后的上清液沿著溢流堰進入中間水池,濃縮后的污泥順著刮泥機漏斗狀刮板進入出泥管,由螺桿泵送入疊螺機進行脫水。

2.1.5疊螺脫水機

疊螺機主體是由固定環和游動環互相層疊,螺旋軸貫穿其中形成的過濾裝置。前端為濃縮部,后端為脫水部。固定環和游動環之間形成的濾縫以及螺旋軸距從濃縮部到脫水部逐漸變小。污泥由泵輸送到調理槽與陽離子PAM藥劑充分混合后形成大顆粒礬花,然后順著進料管進入疊螺機內部,由于內部空間逐漸縮小,污泥經過擠壓后干泥進入泥車送到鍋爐焚燒,濾液流入中間水池。

2.1.6排放池

排放池有效容積216 m3,池外設置4臺排水泵,沉淀池與濃縮池合格出水進入中間水池后由連通管送入該池收集,之后由輸送泵送到雨水管網經泵外排。

2.2 各因素對化學沉淀法除氟運行的影響

化學除氟裝置運行過程中會受到多種不利因素影響,使后續系統出現除氟效果降低,為了滿足環保要求保證出水達標,因此需要時刻注意并控制各種影響因素。

2.2.1pH值

循環排污水進入第一格后與氫氧化鈉混合,使pH值提高到堿性,在第二格加入除氟劑,調節水中的pH值調節為中性。在第一格加入過量的氫氧化鈉會使水的積垢傾向增大,設備本體結垢過多影響后續工藝的處理效果。在第二格加入過量的除氟劑會使水體腐蝕傾向增大,pH值低造成設備及管道嚴重腐蝕,縮短設備的使用壽命,增加企業的運行成本。未完全反應的除氟藥劑進入排水系統與水中氟離子生成白色絮體,影響環保指標。因此需要在系統中安裝pH計,時刻檢測pH值,確保數值在正常范圍內。

2.2.2流速

循環水排污廢水流速低,排污量少,不利于濁度的控制;流速過高,減少了水在裝置的停留時間,影響后續處理效果。水進入沉淀池流速大,使剛形成的細小礬花因絮流不穩而破裂,導致該裝置出水超標,濁度>20NUT,增加疊螺機運行負荷的同時,還加大PAM的使用量,提高運行成本。根據運行出水數據對比得出,最佳處理量約260 m3/h。

2.2.3污泥排放

除氟裝置產泥量較多,污泥中主要包含進水中夾帶的懸浮物、膠體、黏泥以及藥物自身沉淀物等,運行過程中污泥長期積累不能及時排出,沉底池內部空間減少,縮短了水在該池的停留時間,從而提高了出水濁度。長期不排污泥還會發生局部厭氧反應,并產生氣泡,附著氣泡的污泥上浮到水面影響水質,同時也會發生因壓縮沉淀導致污泥結塊,堵塞排泥管道的現象。為避免上述情況發生,在實際運行中每2天應將池子徹底排空,并清洗1次。

3 結論

經過循環水除氟裝置處理后水質指標穩定,出水符合地表水環境質量標準GB3838—2002三類排水要求,可直接進入雨水系統,通過雨水泵送入河道,水質不會對環境造成氟離子污染,可保證河道周邊村民用水安全。出水指標如下：F-濃度≤1.0 mg/L,SS≤20 mg/L,pH值6～9。

在國家對環保問題管控日益嚴厲的條件下,采用化學除氟能夠有效地去除水中氟離子,保證企業出水指標合格,避免氟離子超標危及周邊群眾的生活用水安全,社會效益明顯。與其他裝置比較,該設施具有工藝簡單、維護方便、運行成本低、占地面積小等顯著優勢,能夠有效降低企業在環保方面的運行成本。