活性氧化鋁在工業循環外排水除氟中的應用

薛志偉

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

河南龍宇煤化工有限公司500kt/a甲醇，200kt/a二甲醚項目配套建設循環水系統，系統保有量為17 000m3，循環水量47 500m3/h，原水為軟化處理后的礦井涌水，循環排水水量約300m3/h，F-濃度3～5mg/L，排水通過雨水系統直接外排至白洋溝。永城市政府于2018年8月規定外排水氟化物執行地表水環境質量標準GB3838-2002三類指標，F-需控制在≤1mg/L。為根本解決循環外排水Fˉ超標問題，通過在循環水站新建活性氧化鋁除氟裝置，利用活性氧化鋁對F-的吸附性去除水中的F-，經過除氟后的循環水再排放至雨水系統外排，徹底消除了因F-超標對環境的影響。

1 活性氧化鋁除氟工藝流程

本工藝的進水采用的是循環回水，利用循環回水的壓力通過多介質過濾器進行降濁處理，達到除氟過濾器進水濁度指標后，循環回水如表1所示，通過活性氧化鋁除氟裝置進行降氟處理，產出的合格水進入雨水管網外排。在活性氧化鋁吸附飽和失效后，使用2%～3%硫酸鋁溶液進行浸泡置換再生，再生反洗廢水排放至氣化廠脫泥排放，再生后的活性氧化鋁裝置放空備用。

表1 氧化鋁除氟裝置進水水質指標

1.1 活性氧化鋁除氟裝置的組成及應用

除氟裝置由6臺多介質過濾器、10臺除氟過濾器、1座再生液池、1座再生廢液池、2臺曝氣風機組合而成。設計處理量為500m3/h，單臺除氟過濾器處理能力為50m3/h。其中除氟過濾器采用的是活性氧化鋁作為除氟吸附濾料，活性氧化鋁為白色顆粒狀多孔吸附劑，具有較大的比表面積，為兩性物質，當水的pH小于9.5時可吸附陰離子，pH大于9.5是可去除陽離子。因此，在中性及酸性溶液中活性氧化鋁為陰離子交換劑，對F-有極大的選擇性。活性氧化鋁除氟工藝流程圖如圖1所示。

1.1.1 多介質過濾器

多介質過濾器采用不同粒徑的無煙煤石英砂作為過濾器濾料，在一定進水壓力下濁度較高的水通過一定厚度不同粒徑的濾料，從而有效地除去水中的雜質、懸浮物，使水澄清，常用的濾料有無煙煤、石英砂、錳砂等。多介質過濾器在運行一段時間后壓差升高，通過氣洗、水洗使其恢復過濾能力。

圖1 活性氧化鋁除氟工藝流程圖

活性氧化鋁工作時對進水濁度的要求較高，一般進水控制在≤1NTU為最佳，如進水濁度過高，極易造成活性氧化鋁污堵，污堵后的活性氧化鋁將失去吸附F-的能力。龍宇煤化工公司循環水站濁度一般在5～12NTU，超出活性氧化鋁正常運行的濁度要求，循環回水直接進入除氟過濾器將降低活性氧化鋁的使用壽命，特在除氟過濾器前增加了多介質過濾器進行水質過濾。

1.1.2 除氟過濾器

通過降濁后的循環回水進入除氟過濾器，過濾器內有粒徑3mm、厚度為1 500mm的活性氧化鋁，由于循環水回水的pH呈中性，在循環回水通過濾料的過程中，活性氧化鋁會將水中的F-吸附，合格的產水排入雨水管網匯入雨水泵站，通過排水泵加壓后排入白洋溝。

活性氧化鋁經過一段時間的吸附后逐漸飽和，不再具有吸附F-的能力，這時將通過硫酸鋁溶液，對活性氧化鋁進行再生。硫酸鋁再生劑的濃度采用3%，浸泡時間為4～6小時，浸泡2h曝氣15min使再生劑和活性氧化鋁充分混合接觸，浸泡結束后將再生液排入再生廢液池，利用循環回水對除氟過濾器進行反沖洗，反沖至出水pH呈中性，排空過濾器備用，反沖洗水排至再生廢液池。

再生后的廢液含有大量白色懸浮物，廢液通過提升泵打至氣化廠進行脫水，脫水后的污泥和煤渣混合在一起，拉至廠制磚車間制作成工程用磚外運。

1.2 各因素對除氟裝置運行的影響

除氟裝置運行、再生過程中易受到多種因素的影響，會發生效果降低的情況，為保證出水滿足環保的要求，需要時刻控制各因素。

1.2.1 氣洗、水洗強度

在過濾過程中，原水中的懸浮物等被濾料層截留吸附并不斷地在濾料層中積累，于是濾層孔隙逐漸被污物堵塞，在濾層表面形成濾餅，過濾水頭損失不斷增加。當達到某一限度時，濾料需進行清洗，使濾層恢復工作性能，繼續工作。在過濾器反洗中，氣洗的作用主要體現在松動濾料，氣量不足將導致下一步水反洗不徹底，影響效果。以龍宇煤化工多介質為例，氣量一般控制在15m3/min，壓力0.06MPa。

除氟過濾器再生液使用的是硫酸鋁，長期使用易導致活性氧化鋁板結，吸附量逐漸下降，硫酸鋁還會與水中的氟化物反應形成黏附性絮體，氣、水洗強度過低絮體將黏附在濾料上。通過大強度反洗可有效松動濾料，將反應產生的絮體沖出，延長濾料的使用壽命。

1.2.2 pH

活性氧化鋁作為兩性物質，在不同pH下具有明顯的吸附特異性，實踐證明進水pH高于8.5氧化鋁的除氟效果將明顯降低，進水pH呈中性或偏酸性除氟效果最佳。循環水系統pH一般控制在7.5～8.5，這時需通過投加硫酸的方式將循環水控制在7.5～8.0，以便保持較佳的除氟效果。

1.2.3 濁度

進水濁度的高低對多介質過濾器和除氟過濾器均有較大影響，為防止懸浮物污染濾料，主要通過日常分析監測濁度變化，濁度升高可適當增加多介質過濾器的反洗頻次。

2 活性氧化鋁除氟裝置對循環排水的除氟效果

2.1 除氟效果

經除氟裝置處理過的循環排水指標見表2。

表2 性氧化鋁除氟裝置出水指標

2.2 環保效果

循環外排水經過除氟后符合工業排水要求，可達到地表水環境質量標準GB3838-2002三類排水，不會對水環境造成F-危害。

3 結論

1）采用多介質過濾+活性氧化鋁除氟裝置能夠有效去除循環外排水中的F-，很好地保證了出水指標；

2）通過實際運行，除氟后的循環回水可以直接達標排放；

3）在國家對環保日益重視的情況下，實現了企業F-達標排放，社會效益明顯。