某鋼廠連鑄濁環水系統含氟廢水的處理

張丹丹

（遼寧博創環保技術有限公司，遼寧 沈陽 110179）

水中氟離子含量過高會對人體造成嚴重的危害，發生中毒現象，如惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛，嚴重甚至破壞人體正常代謝，發生骨質硬化，對心肌、骨骼肌均有損害[1]，因此國家工業廢水排放標準對氟離子的質量分數有明確的規定，不能超過10 mg·L-1。

1 工程概況

某鋼廠現有的連鑄濁環水系統排水中含有大量的氟離子，質量分數在250 mg·L-1左右，為滿足下游污水處理廠的接收要求，計劃建設一套處理能力為50 m3·h-1含氟廢水處理設施，處理后確保廢水中的氟離子質量濃度從 250 mg·L-1降至 10 mg·L-1以下。

2 工藝設計

2.1 工藝流程設計

高質量濃度含氟廢水一般所采用的處理方法為鈣鹽沉淀法，即向廢水中投放石灰，使氟離子與鈣離子發生反應繼而生成氟化鈣沉淀進行去除，此方法簡單，處理方便，但是處理后的廢水很難達到排放要求，同時泥渣沉降緩慢且脫水困難，因此在實際應用中效果不理想[2]。

鑒于以上原因，本項目為保證出水水質達標，在實施前即結合了大量的實驗數據并參考了同行業的工程經驗，順利通過中試后應用于工程實踐，總結出一套針對高質量濃度含氟廢水的處理工藝，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.2 工藝流程說明

本系統利用氟離子的化學反應特性和氟化鈣的沉降特點應用了“鈣法沉淀+高效除氟系統+深度除氟系統”的組合工藝[3-4]，較好地解決了高質量濃度氟離子的去除難題，從而達到工業廢水氟離子的排放標準。具體措施如下：

1）廢水通過提升泵從原系統內按50 m3·h-1流量打入調節池內，泵出口設有流量計，便于流量的計量，在調節池內，經過6 h均質均量后，由調節池提升泵提升進入第一階段反應池內，進行除氟反應。

2）第一階段反應采用鈣法沉淀原理，利用熟石灰同氟離子發生的化學反應[5]，生成難溶于水的氟化鈣沉淀，可有效去除氟離子80%以上，同時生成一定量的沉淀物絮凝所需的晶種，為下一階段絮凝反應及固液分離打下了良好的基礎。

3）向反應池投加絮凝劑PAC和助凝劑PAM[6]，通過其自身的吸附架橋作用和前段所形成晶種的聚合作用，促使溶液中氟化鈣沉淀形成顆粒較大的絮凝體，以達到提高沉降速度的目的。

4）反應后進入絮凝沉淀區，沉淀池內設置刮泥裝置，前段產生的污泥在此進行沉淀，泥斗內的污泥一部分回流至反應池前端繼續參與反應，一部分通過泵提升至脫水系統。

5）第一階段由于石灰乳的溶解度有限，導致化學反應所需的鈣離子不足，因此第一階段反應氟離子的去除不徹底，尚不能達到指標排放要求，因此進入第二反應階段，高效除氟段，在本階段反應中通過自動加藥裝置向反應池內投加高效除氟劑，除氟劑中的有效組分具有高正電荷密度、中聚合度等特點，其羥基位點可與廢水中的氟離子快速絡合形成穩定的配合物，同時因正電荷密度較低，加速配合物聚集沉淀，實現游離態氟向顆粒態氟的轉化。

6）由于第一階段石灰的投加，廢水溶液呈堿性，pH值大約在12左右，因此需投加酸進行pH值調節[7]，本項目采用的是硫酸進行調節，加酸后，pH調節至 9左右，再向反應池內加入一定量的助凝劑PAM，經過高分子絮凝劑搭橋、捕捉作用，可快速達到泥水分離、廢水除氟的目的，此階段反應充分徹底。

7）廢水第二階段加藥反應后進入高密度沉淀區進行泥水分離，高密度沉淀池是集良好的機械混合、絮凝、快速澄清功能為一體的高效分離設施，高密度沉淀池的特點包括：表面負荷高、占地面積?。慌拍酀舛雀?、出水懸浮物含量低；特制的斜管沉淀設施加速污泥沉降，特制的刮泥系統進行高效除泥；污泥回流泵將部分未反應完全的藥劑回流到前端，充分利用污泥中未參加反應的藥劑繼續參與反應，因此藥劑的投加量可節省10%~30%左右。

8）廢水經提升區進入到第三階段，即深度除氟階段，該階段先經過濾系統對廢水中的懸浮物 SS進行有效的去除，以此避免影響后續階段的反應效果，過濾系統采用PLC自動控制，當進與出水壓差大于0.05 MPa時，即啟動自動反洗功能，免去人工監控及人工操作的麻煩，反洗產生的廢水回流至調節池。

9）由于前端系統有效運行，廢水至此進入低質量濃度處理工藝，氟離子通過與改性除氟濾料進行深度離子交換反應[8]，氟離子吸附在比表面積較大的濾料上，進一步降低廢水中的氟離子質量濃度[9]，經過此階段處理后的廢水確保出水的氟離子質量濃度穩定在10 mg·L-1以下，達到廢水排放要求。

隨著除氟濾料所吸附氟離子的不斷增加，濾料的截污能力不斷下降，廢水中的氟離子質量濃度逐漸接近臨界值，此時除氟單元進入再生狀態，系統啟動自動反洗再生裝置，再生產生的廢水回流至調節池。

10）系統產生污泥的階段分別為絮凝沉淀階段和高密沉淀階段，除去一部分回流至反應池前端繼續參與反應外[10]，剩余污泥排入濃縮池后進行重力沉降濃縮，濃縮后含水率從 99%降至 96%~97%，之后進入污泥脫水機進行處理，本項目采用離心脫水機，可24 h連續運行，且人工勞動強度較小。脫水后的污泥外運處置，污泥脫水機產生的廢液返回至調節池。

2.3 各工藝段處理效果預測

廢水按上述流程經過各處理單元后，每個階段的去除率預測結果如表1所示，最終可達到排放標準。

表1 去除率效果預測

3 主要用電設備清單及電力負荷

對主要用電設備及電力負荷進行匯總，結果如表2所示。

表2 主要用電設備清單及電力負荷

4 運行成本分析

4.1 電費

系統總裝機功率為 172.29 kW，運行功率為128.52 kW，運行能耗約為 1637.72 (kW·h) ·d-1。電費按每千瓦時0.8元計，折合每噸水電費：

4.2 藥劑費

4.2.1 氫氧化鈣

待消耗氟離子量為 200 mg·L-1，氫氧化鈣質量濃度經計算為 800 mg·L-1，即 40 kg·h-1，配置成 10%質量分數氫氧化鈣溶液，按目前進水量計算加藥流量為 400 L·h-1。

氫氧化鈣固體每噸單價 800元，加藥量800 mg·L-1，則氫氧化鈣加藥費為每噸水0.64元。

4.2.2 PAC

根據工程實踐，PAC投加量為500 mg·L-1，即為10 kg·h-1，配置成10%質量分數溶液；PAC溶液投加量為 250 L·h-1，單價每噸 2 000元，加藥量500 mg·L-1，則PAC加藥費每噸水1.0元。

4.2.3 PAM

根據工程實踐，PAM投加量為5 mg·L-1，即為0.25 kg·h-1，配置成0.1%質量分數溶液；PAM溶液投加量為 250 L·h-1，單價每噸 12 000元，加藥量5 mg·L-1，則PAM加藥費為每噸水0.06元。

4.2.4 除氟劑

根據工程實踐，除氟劑投加量為 200 mg·L-1，即10 kg·h-1。配置成30%質量分數溶液，按目前進水量算加藥流量為 40 L·h-1，除氟劑固體單價每噸3 000元，加藥量200 mg·L-1，則氯化鈣加藥費為每噸水0.6元。

4.2.5 硫酸

根據堿性藥劑投加量計算，廢水pH回調成本預計為每噸水0.15元。

4.2.6 藥劑費合計

折合每噸水藥劑費：

4.3 人工費

本系統運行人員按6人計算（3班2倒），折合每噸水人工費E3為0.67元。

4.4 總運行費用

上述費用核算總運行費用：

5 結束語

隨著環境承載力的降低，國家對氟化物的排放監控越來越嚴格，對于現有單一的除氟技術很難實現對于高質量濃度含氟廢水≤10 mg·L-1以下的排放標準，另一方面，目前的技術前期投資成本及后續的運行成本很高，一般企業很難承受，在此基礎上，上述針對高質量濃度含氟廢水的處理工藝較好結合了多級處理手段，并通過工程實踐檢驗在廢水達標的前提下，減少了前期的投資及后期的運行成本。