兩級沉淀法處理高濃度含氟廢水工程設計研究

吳煌州

(福州城建設計研究院有限公司 福建福州 350001)

1 工程概況

1.1 工程背景

某光電公司液晶顯示屏生產車間生產過程中會產生高濃度含氟化物、硫酸鹽及SS等廢水，該廢水污染物嚴重超標。氟離子為國家規定一類污染物，對人體很多組織系統有致癌作用。同時過量接納硫酸鹽會產生加速甲基汞的生成，造成水生植物必要微量金屬元素的缺失，所生成的產物硫化氫具有很強毒性，進而改變水體原有的生態功能，導致魚蝦滅絕，使水體喪失原有的生態功能。因此，如處理不當會對周邊水體造成嚴重污染。

1.2 進水水量水質分析

根據車間生產工藝及類比光電公司相近生產規模，最終確定本工程設計規模為900 m3/d。該廢水水質為無機廢水，整體呈現乳白色，進水水質如表1所示。

表1 含氟廢水設計進水水質 單位:mg/L

1.3 處理目標

根據項目環評報告要求，液晶顯示屏生產廢水經處理后需達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962-2015)B等級、《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)三級標準中兩個標準更嚴格的規定，出水排至市政污水配套管網，并入下游市政污水處理廠進一步深度處理達標后排放。為了保證足夠富余量，出水指標水質標準限值如表2所示。

表2 含氟廢水設計出水水質 單位：mg/L

2 工藝設計

2.1 工藝比選

含氟廢水處理工藝主要包括化學沉淀法、混凝沉淀法、吸附法等技術[1]。針對高濃度含氟廢水，化學沉淀法與混凝沉淀法聯合采用較多，即采用沉淀劑與混凝劑、助凝劑聯用，克服早期沉淀法存在的泥渣沉降緩慢且脫水難等問題，具有運行操作簡便、處理費用低、除氟效果好等優點[2]。結合本工程進水水質，采用化學沉淀法與混凝沉淀法聯用作為含氟廢水的處理工藝，如圖1所示。

圖1 含氟無機廢水處理工藝流程圖

2.2 工藝流程

含氟無機廢水由廠區污水專管輸送至格柵渠，經調節池均質均量后提升至一級反應池，通過投加石灰乳及氯化鈣，在堿性條件下將廢水中氟離子和硫酸鹽反應生成難溶物質，經氯化鐵及PAM(聚丙烯酰胺)混凝后，自流至一級沉淀池沉淀，上清液自流至中間水池后，泵送至二級反應池，向污水中加氯化鈣、氯化鐵、PAM進一步去除氟離子和硫酸鹽，最后經二級沉淀后上清液進入出水混合池，與廠區內處理達標的有機廢水尾水(規模：1200 m3/d)充分混合后達標排放。一級沉淀池和二級沉淀池產生的污泥定時排入污泥平衡池，經板框壓濾機脫水后達到60%后外運處置。

2.3 工程設計

為了節省占地，污水處理采用綜合處理池，包含調節池、一級反應池、一級沉淀池、中間水池、二級反應池、二級沉淀池等。水池采用現澆鋼筋混凝土結構，內部采用耐氫氟酸型呋喃樹脂進行防腐。

2.3.1 調節池

調節池平面凈尺寸為10.0 m×7.3 m，凈深3 m，有效容積219 m3。設置干式污水提升泵2臺，1用1備，單泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=3.0kW，變頻控制；設風機2套，1用1備，每套風量Q=15.3 m3/min，風壓P=49kPa，功率：18.5kW。池底設穿孔曝氣管，采用空氣對進水進行混合攪拌。

2.3.2 一級反應池

2.3.3 一級沉淀池

一級沉淀池采用輻流沉淀池，平面凈尺寸為8.0×8.0 m，有效表面積61 m2，池邊水深3.4 m，表面負荷0.74 m3/(m2·h)，采用氣提排泥。設置刮泥機1臺，直徑8 m，N=0.75 kW。

2.3.4 中間水池

中間水池用于混合一級沉淀池出水。平面凈尺寸為8.0 m×5.0 m，有效水深3.7m。設置提升潛污泵2臺，1用1備，單泵Q=45 m3/h，H=8 m，N=2.2 kW，變頻控制。

2.3.5 二級反應池

二級反應池分兩格，每格平面凈尺寸2.0 m×2.0 m，凈深4.0 m，第一格投加氯化鈣及氯化鐵進一步化學沉淀和混凝沉淀氟離子，第二格投加PAM進行助凝。設置攪拌機2臺，一臺功率0.75 kW，轉速65 rpm，一臺功率0.37 kW，轉速38 rpm。

2.3.6 二級沉淀池

二級沉淀池采用輻流沉淀池，平面凈尺寸為8.0 m×8.0 m，有效表面積61 m2，池邊水深3.35 m，表面負荷0.74 m3/(m2·h)，采用氣提排泥，設置刮泥機1臺，直徑8 m，N=0.75 kW。

2.3.7 出水混合池

用于混合含氟廢水處理尾水與廠區內有機廢水處理尾水(規模為1200 m3/d)，平面內尺寸為10.75 m×3.4 m，凈深4.4 m。

2.3.8 加藥間

配備石灰投加系統(料倉容積40 m3，含氣動破拱系統、倉頂除塵器、螺旋給料機、料位計、雙螺旋稱重喂料器、超聲波液位計、比例調節閥、電磁流量計、制備罐及儲存罐等)；石灰加藥螺桿泵2臺，一用一備，Q=300 L/h，P=0.3 MPa，N=1.5 kW；氯化鈣溶液儲存槽2個，容積15 m3；氯化鐵溶液儲存槽2個，容積8 m3；PAM投加裝置1套，制備速率1 m3/h。

2.3.9 污泥平衡池

污泥平衡池用于收集沉淀后污泥，分兩格設計，每格平面凈尺寸為5.20 m×4.30 m，有效水深5.0 m。

2.3.10 污泥脫水機房及污泥堆棚

將儲泥池內的污泥，通過污泥提升泵進入板框壓濾機，進行污泥脫水處理。污泥脫水機房尺寸為27.5 m×12.75 m×13 m，污泥堆棚尺寸為19.35 m×12.00 m×6.0 m。設計隔膜板框壓濾機2臺，過濾面積A=200 m2；進泥螺桿泵2臺，Q=21～25 m3/h，H=120 m，N=22 kW；隔膜壓榨離心泵2臺，Q=8 m3/h，H=167 m，N=7.5 kW；洗布泵1臺，Q=10.2 m3/h，H=600 m，N=30 kW；儀表用空壓機2臺，1用1備，Q=0.85 m3/min，PN=0.85 MPa，N=5.5 kW；吹風用空壓機：1臺，Q=9.6 m3/min，PN=0.85 MPa，N=55 kW。

3 設計特點

3.1 沉淀池采用輻流沉淀池，排泥方式采用氣提排泥

為了解決沉淀池因使用石灰造成的污泥板結，進而無法排泥的問題，本設計沉淀池采用輻流沉淀池，利用連續轉動的刮泥機對污泥進行攪動。同時利用廠區高壓空氣管線，通入排泥豎管，采用氣提方式進行排泥，既節省排泥泵，又有效減少管道堵塞?？紤]輻流沉淀池中心排泥橫管有可能出現堵塞情況，設計于氣提管后增設閥門，通過關閉閥門，將高壓氣體反向注入沉淀池中心，解決堵塞問題。

3.2 提升泵采用內襯氟塑料干式泵

由于進水氟離子濃度較高，為有效防止設備腐蝕，水泵采用內襯氟塑料干式泵，解決水泵腐蝕問題，并利用真空引水罐引水。

3.3 含氟高濃度廢水與低濃度廢水均采用單管排放

為了便于調節調節池水質，設計將高濃度廢水與低濃度濃液分別采用單管排放。高濃度廢水單獨排入高位儲水池，通過控制重力投加至調節池的水量，對一級反應池進水水質進行調節；同時設計出水混合池至調節池應急管道，用于超標水質調節，控制氟離子濃度，防止生成的沉淀物濃度太高影響反應池內的物料狀態，達到充分反應的要求。

3.4 石灰投加方式采用濕式投加

石灰干式投加會存在以下問題：①反應池內溶解不均勻，導致出水水質不穩定，投加效果差；②溶解不均勻出現石灰渣塊，造成石灰粉浪費和部分未反應的石灰渣塊無法順利排泥及清理；③干粉投加增加人工勞動強度，揚塵會造成環境污染，而且不利于人體健康[3]。

該工程石灰投加采用濕式投加，可有效促進石灰溶解，有利于反應進行，出水水質穩定，同時不會對環境及人體健康造成較大影響。

3.5 不同類型廢水分別處理，降低處理難度

廠區內生產廢水包含無機含氟廢水和用于面板清洗的有機廢水，將兩股廢水分別收集處理，有效降低廢水處理難度。

4 結語

(1)采用兩級沉淀法工藝處理企業高濃度含氟廢水，最終出水滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》和《污水綜合排放標準》三級標準。

(2)通過集約化設計綜合處理池，可有效節省占地及投資。

(3)采用濕式投加石灰，結合輻流沉淀池和氣提排泥可有效解決沉淀池內石灰板結堵塞問題。

(4)采用內襯氟塑料干式泵及真空引水罐可有效防止含氟廢水腐蝕進水泵。

(5)采用高、低濃度含氟廢水單管排放及分池儲存，并設計出水混合池至調節池回流應急管道，可有效調控調節池綜合廢水濃度，保證反應池穩定運行。