羅茨風機曝氣氧化沉淀工藝處理鈦白粉廢水

羅茨風機曝氣氧化沉淀工藝處理鈦白粉廢水

錦工客戶河南某企業是一家以生產鈦白粉為主的精細化工產品生產企業，該企業采用硫酸法生產鈦白粉產品，在生產過程中排出大量的酸性及中性工業廢水（約2000 m³/h），廢水中主要含有懸浮物、亞鐵及廢酸等污染物。企業原來采用一段中和曝氣沉淀法處理工業廢水，處理效果不好且存在以下問題：連續用石灰乳中和產生的石膏均為黃石膏，黃石膏經濟價值低, 后續利用處置困難；曝氣采用穿孔羅茨鼓風機曝氣，氧氣利用率低，曝氣量太大浪費能源，處理成本高；氧化曝氣密度小造成曝氣池面積過大增加投資。為了實現環境效益及經濟效益雙贏，該企業采用了二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝對原有鈦白粉工業廢水處理裝置進行了改造。出水水質優于《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級標準，同時產出具有經濟效益的白石膏副產品。工藝具有占地面積小、運行成本低、處理效果穩定等優點。

廢水量及水質要求

鈦白粉生產過程中排出的工業廢水主要分酸性廢水及中性廢水，其成分及水量詳見表 1.

經處理后排水應符合《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準，同時考慮遠期目標部分指標執行《鈦白粉、立德粉工業污染物排放標準》（征求意見稿）中有關要求，要求出水達到pH 6~9、COD < 70 mg/L、SS < 50 mg/L。2

廢水處理工藝流程

針對原處理工藝存在的問題、本工程的水質水量特點及處理要求，確定采用二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝處理鈦白粉工業廢水，其中一段中和先將酸性污水中的游離硫酸制成白石膏；一段中和產石膏后液再與中性污水混合依次進行二段中和、微孔曝氣氧化，后進行絮凝沉淀處理達標外排。廢水處理工藝流程如圖 1所示。

圖 1 工藝流程

將來自鈦白粉生產過程的酸性污水（含酸量為1.5%）送至石膏第一反應池內，同時投加石灰石乳液進行充分攪拌反應。在第一反應池出口處設置pH計，通過pH自動控制石灰石乳液投加量，控制第一反應池內溶液pH為2.5~3.0；第一反應池內污水自流至第二及三反應池，再進一步充分攪拌反應，生成白石膏。為增加石膏顆粒及提高石灰石乳的實際利用率，將第三反應池部分底流返回至第一反應池，回流率約為25%~30%；同時為了解決石膏反應池的底部淤積問題，每座反應池設有氣提排渣裝置，利用壓縮空氣定期將底部淤積物提升至反應池溢流出水通道。

石膏反應池反應后的污水溢流至石膏濃密機，經石膏濃密機沉降后，濃密機上清液排至中和池繼續處理。石膏濃密機底流由水泵送至離心分離機進行過濾分離，產出副產品白石膏外銷（含水率約10%），石膏濾后液回流至濃密機。

將石膏濃密機上清液和鈦白粉生產過程產生的中性污水送至中和池，同時加入石灰乳液及鼓入空氣進行充分攪拌反應，石灰乳液的投加量由中和池出口處的pH計自動控制。中和池出口處溶液pH設定為8.5。為了保證出水水質達標，必須將水中二價鐵離子氧化成三價鐵，因此在中和池后設置氧化池，并在氧化池內用羅茨鼓風機鼓入空氣進行曝氣氧化。為了提高曝氣強度和氧利用率，曝氣采用防堵塞硅膠微孔曝氣管，產生氣泡直徑范圍為1.0~3.0 mm，氧實際利用率可達到20%~25%。

為加大礬花，提高沉降速度，在氧化池出口處投加PAM凝聚劑，經混合后，自流至現有平流沉淀池澄清；達標上清液部分回用或外排。沉積在平流沉淀池池底污泥由吸泥機送至泥漿儲存池；泥漿儲存池泥漿固含量為5%~10%，由泵加壓送至山頂上壓濾工序板框壓濾機進行過濾分離，黃石膏濾餅暫堆存山頂渣庫，曬干后堆存，其中泥漿池及壓濾機利用現有設施。3

主要構筑物設計

（1）酸性廢水調節池。設計尺寸為36 m×44 m× 4 m矩形水池1座，有效容積為5 500 m³，實際停留時間約為4 h，內設污水提升泵（4用1備）。

（2）中性廢水調節池。設計尺寸為16 m×44 m×4 m矩形水池1座，有效容積為2 400 m³，實際停留時間約為4 h，內設污水提升泵（4用1備）。

（3）石膏反應池。反應時間按4 h計，設置4個系列并聯運行，每個系列均采用D 9 000 mm×9 000 mm石膏反應池3臺，每臺石膏反應池有效容積為500 m³，鋼筋混凝土結構，池內襯玻璃鋼及瓷板防腐或池內襯橡膠防腐。每臺反應池采用三葉雙層槳葉攪拌機1臺，內設氣提定期排渣設施1套，每隔10 min排渣1次，每個系列設回流泵1臺。

（4）石膏濃密機。按廢水停留時間取70 min計，設置4個系列并聯運行，每個系列均采用1臺D 20 000 mm石膏濃密機，有效高度為3 700 mm，鋼筋混凝土結構，池內襯玻璃鋼防腐。每臺濃密機配底流輸送泵（1用1備）。

（5）離心分離機。石膏（CaSO₄·2H₂O）含水率10%時產量為1 046 t/d，采用全自動底排式VZU160/6.3G型離心分離機12臺，分成2組，每組6臺離心分離機，每組設置1套控制系統，控制組內各離心分離機的運行順序，每臺離心機配置1臺控制柜及變頻柜。

（6）中和池。按污水停留時間20 min計，中和池分成4個系列并聯運行，每個系列中和池采用3.5 m×11.5 m×5 m矩形水池1座，每臺有效容積為201 m³，以空氣攪拌為主及機械攪拌為輔。

（7）曝氣氧化池。氧化池分成4個系列，每個系列氧化池采用28.5 m×11.5 m×5 m矩形水池1座，污水停留時間2.5 h，每座氧化池有效容積為1 400 m³，羅茨風機曝氣強度為18 m³/（m²·h），曝氣器采用D?90 mm×1 000 mm型防堵塞硅膠曝氣管，池內襯玻璃鋼及瓷板防腐。配套離心式鼓風機（2用1備）。

（8）平流沉淀池。設計尺寸為100 m×25 m×3 m矩形水池1座，設計表面負荷為0.80 m³/（m²·h），平流沉淀池配桁車式吸泥車。4

運行效果分析

各工段出水水質見表 2。

工藝經濟分析

本工程總投資約1.6億，平均單位總運行成本為1.25元/t（包括電費、藥劑費、職工薪酬等，不含固定資產折舊費）。廢水處理過程中可產生白石膏，其外售單價按30元/t計，白石膏銷售收入約1 035萬元，抵扣后直接成本為0.65元/t。6

結論

工程2013年6月正式投產運行，截至2017年11月已經穩定運行4 a多，工程實踐表明，采用二段中和—曝氣氧化—沉淀工藝處理鈦白粉工業廢水切實可行，其具有占地面積小、運行成本低、處理效果穩定等優點，另外運行及設計過程中經驗總結如下：

（1）采用定期氣提方式將反應池底部淤積物及時排出，可以解決大尺寸石膏攪拌池底部容易淤積問題，氣提排渣周期可根據水質變化進行相應調整。

（2）氧化池高曝氣強度及氧利用率的工藝設計可以降低氧化池工程投資、占地面積及曝氣能耗。防堵塞硅膠曝氣管通過定期對曝氣管進行高壓及化學清洗可以有效解決微孔曝氣管結垢堵塞的問題，清洗周期根據風壓及風量的變化確定，約為2~3個月。

（3）工藝采用先控制適宜pH產出白石膏的方法不但可以提高出水的水質穩定性，且白石膏的外售收入可以降低工藝直接運行成本，同時降低黃石膏產量及處置難度。

（4）將最后1座石膏反應池溶液回流至石膏第一反應池，除了可以增大白石膏顆粒外還可以節約10%~15%的石灰石乳用量，同時一段中和采用石灰石乳替代石灰乳作為中和劑可以降低運行成本。

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