摘要：攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水處理工程采用微孔曝氣與高效絮凝斜板沉淀相結(jié)合為主體的處理工藝。整套處理裝置運(yùn)行穩(wěn)定，出水TCr、Cr6+、As 平均去除率分別達(dá)到72.22%、86.18%、47.46%，符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978－1996）第一類污染物最高允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：含鉻含砷廢水；微孔曝氣；斜板沉淀

鈦白粉（TiO2）是迄今為止世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、日用化工、人造纖維、電焊條、搪瓷、電器、建材等行業(yè)[1]。目前全球鈦白粉產(chǎn)能在530 萬t 左右，2007 年中國鈦白粉的總產(chǎn)量約100 萬t，為僅次于美國的世界第二大鈦白粉生產(chǎn)國，其中攀枝花地區(qū)鈦白粉總產(chǎn)能達(dá)25.8 萬t，位居全國區(qū)域產(chǎn)能第一。

攀鋼鈦白粉廠生產(chǎn)能力現(xiàn)為2 萬t·a-1，制造方法采用的是硫酸法，硫酸法生產(chǎn)鈦白粉設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)不復(fù)雜，對(duì)原料的要求也不嚴(yán)格，但是其“三廢”排放量大，治理費(fèi)用高[2]。產(chǎn)生的廢水和廢酸中主要含有游離硫酸、鐵鹽、懸浮物和其它金屬離子硫酸鹽等，水質(zhì)水量變化幅度大[3]，若不經(jīng)妥善處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的污染，尤其是其中的重金屬污染物。

1 廢水水質(zhì)水量

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水來自于一車間板框壓濾機(jī)沖洗廢水，所用沖洗水為廠區(qū)回用中水或其他車間產(chǎn)生的堿性廢水。由于該廢水含有鉻、砷重金屬污染物，根據(jù)國家環(huán)保要求，須在車間廢水排放口設(shè)置處理設(shè)施[4]，出水達(dá)標(biāo)后進(jìn)入總廢水處理站處理。

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水處理工程設(shè)計(jì)水量為30 m3·h-1。廢水進(jìn)水水質(zhì)TCr、Cr6+、As 質(zhì)量濃度分別為1.2～1.5、0.58～0.65、0.55～0.63 mg·L-1，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978－1996第一類污染物最高允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)，即出水TCr、Cr6+、As 質(zhì)量濃度分別為1.5、0.5、0.5 mg·L-1。

2 廢水處理工藝

自然界和生產(chǎn)中的鉻多是以三價(jià)和六價(jià)的形式存在，三價(jià)鉻形成的化合物較穩(wěn)定，存在于食物和生物組織中，參與生物體代謝活動(dòng)，是人體必須的微量元素。但在工業(yè)生產(chǎn)中使用的鉻化合物多為六價(jià)，六價(jià)鉻化合物對(duì)動(dòng)物和人有強(qiáng)烈的毒性[5]。在水中，砷的存在形態(tài)受pH 的影響較大，主要以亞砷酸鹽和砷酸鹽存在，砷的毒性與它的存在形態(tài)密切相關(guān)，亞砷酸鹽的毒性是砷酸鹽毒性的25～60 倍[6]。

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水通過管道收集至調(diào)節(jié)初沉池，正常情況下廢水呈酸性。由于廢水中含有鐵鹽，通過工藝條件的控制，可使廢水中多種重金屬離子與鐵鹽生成穩(wěn)定的鐵氧體沉淀物。鐵氧體是指具有鐵離子、氧離子及其它金屬離子組成的氧化物晶體。在酸性條件下，Cr6+ 首先被Fe2+ 還原為Cr3+，然后調(diào)節(jié)廢水pH 至堿性，使其中Cr3+、Fe2+、Fe3+發(fā)生共沉淀[7-8]。通過投加堿液調(diào)節(jié)初沉池的pH 至堿性，產(chǎn)生沉淀，從而使鉻含量大幅度降低。

在廢水除砷過程中，五價(jià)砷比三價(jià)砷的去除效果好，所以應(yīng)預(yù)先將三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷后再進(jìn)行處理，同時(shí)三價(jià)鐵對(duì)廢水中砷的去除效果比二價(jià)鐵好[9]。廢水由調(diào)節(jié)初沉池進(jìn)入曝氣混合反應(yīng)池，通過曝氣氧化，三價(jià)砷被氧化為五價(jià)砷，二價(jià)鐵被氧化為三價(jià)鐵，使形成沉淀，從而砷含量得以降低。同時(shí)在曝氣混合反應(yīng)池出水口處投加高效絮凝劑進(jìn)行充分混合，隨后進(jìn)入高效絮凝斜板沉淀池進(jìn)行沉淀，斜板沉淀池具有去除率高、停留時(shí)間短、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，常用于廢水處理工程占地面積受到限制時(shí)[10]，廢水經(jīng)斜板沉淀池達(dá)到固液分離，上層出水經(jīng)沉淀池上部三角堰流出匯入車間出水，下層沉淀污泥進(jìn)入儲(chǔ)泥干化池進(jìn)行干化處理。

2.1 工藝流程

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程

Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

由于攀鋼鈦白粉廠一車間為兩層建筑，進(jìn)水口在二層，出水口在一層，可以利用車間現(xiàn)狀，使廢水及污泥在各處理構(gòu)筑物之間靠重力自流，利用自然高差進(jìn)行流水線處理。因此本工程將兩個(gè)溶藥槽、兩個(gè)儲(chǔ)液槽以及計(jì)量泵、鼓風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)初沉池設(shè)置在車間二層；車間一層則設(shè)置混合曝氣反應(yīng)池、高效絮凝斜板沉淀池和污泥干化池。

2.2 工藝特點(diǎn)

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水處理工程選擇經(jīng)實(shí)踐證明的成熟工藝、技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備，以確保達(dá)到出水水質(zhì)要求；選用技術(shù)適用、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的工藝，在確保處理達(dá)標(biāo)的前提下，做到操作簡(jiǎn)單、管理方便、占地面積小、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低；所選工藝處理程度高，污泥產(chǎn)量少，并根據(jù)車間預(yù)留場(chǎng)地，因地制宜，合理布局，有效利用空間和場(chǎng)地；整個(gè)處理工藝?yán)矛F(xiàn)有車間高差，節(jié)省大量能源。

為了解決處理裝置在出現(xiàn)處理容量劇增、設(shè)備設(shè)施檢修、低負(fù)荷運(yùn)行、管道和閥門臨時(shí)故障需要檢修更換、工作人員輪休等諸多情況時(shí)發(fā)生處理故障，該處理工程建設(shè)為構(gòu)筑物尺寸、處理規(guī)模完全相同的兩套處理裝置，每套裝置均可獨(dú)立承當(dāng)水量為30m3·h-1 的含鉻含砷廢水處理。

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水呈強(qiáng)酸性，整套處理裝置須進(jìn)行防腐處理。在整套處理裝置中除高效絮凝斜板沉淀池為鋼鐵制作外，其它均采用PP 塑料作為制作材料，所有管道、閥門材料均為PP塑料。高效絮凝斜板沉淀池的防腐采用在整個(gè)構(gòu)筑物內(nèi)用四布五脂（布為玻璃纖維布、脂為環(huán)氧樹脂）進(jìn)行處理，構(gòu)筑物外壁用三布二脂進(jìn)行處理，構(gòu)筑物所用鋼鐵管道均采用內(nèi)插降一號(hào)外壁全涂環(huán)氧樹脂的PP 塑料管插入形成的鋼塑復(fù)合管，從而達(dá)到整個(gè)構(gòu)筑物以及整套裝置的防腐效果。

由于攀鋼鈦白粉廠一車間預(yù)留場(chǎng)地有限，因而各構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)模較小，外加重力流作用，導(dǎo)致水體擾動(dòng)過大，各構(gòu)筑物不能達(dá)到相應(yīng)的處理效果，為解決這一問題，各構(gòu)筑物均采用自行設(shè)計(jì)的穿孔管進(jìn)、出水，穿孔管示意圖見圖2。

圖2 穿孔管示意圖

Fig.2 Flow chart of perforated pipe

由于該處理工程含鉻含砷廢水水量在一日內(nèi)不均衡，甚至一日內(nèi)水量波動(dòng)很大，因此處理工藝需采用廢水調(diào)節(jié)池，用以進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)和水質(zhì)的均合，以確保后續(xù)工藝的正常運(yùn)行。

2.3 主要設(shè)備

溶藥槽設(shè)備：2 座，Ф0.8 m×1.0 m，V=0.5 m3；溶藥攪拌機(jī)：2 臺(tái)，N=550 W，轉(zhuǎn)速1 400 r·min-1；儲(chǔ)液槽：2 座，Ф0.8 m×1.0 m，V=0.5 m3；1# 計(jì)量泵：1 臺(tái)，Q=330 L·h-1，N=0.37 kW；2# 計(jì)量泵：1 臺(tái)，Q=60 L·h-1，N=0.37 kW；調(diào)節(jié)初沉池：2 座，4.0 m×1.5 m×1.8 m，V=10.8 m3；混合曝氣反應(yīng)池：2 座，Ф1.8 m×2.6 m，V=6.6 m3；鼓風(fēng)機(jī)：2 臺(tái)，Q=0.66～0.59 m3·min-1，N=0.75 kW；高效絮凝斜管沉淀池：2 座，2.5 m×1.5m×3.6 m，V=13.5 m3；污泥干化池：2 座，1.5 m×1.5m×1.0 m，V=2.25 m3。

3 運(yùn)行效果

該裝置對(duì)TCr、Cr6+、As 污染物的去除效果較為穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水TCr 質(zhì)量濃度為1.2～1.5 mg·L-1 時(shí)，出水TCr 質(zhì)量濃度為0.30～0.45 mg·L-1，平均去除率達(dá)到72.22%；當(dāng)進(jìn)水Cr6+ 質(zhì)量濃度為0.58～0.65mg·L-1 時(shí)，出水Cr6+ 質(zhì)量濃度為0.05～0.12 mg·L-1，平均去除率達(dá)到86.18%；當(dāng)進(jìn)水As 質(zhì)量濃度為0.55～0.63 mg·L-1 時(shí)，出水As 質(zhì)量濃度為0.18～0.44 mg·L-1，平均去除率達(dá)到47.46%，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978－1996）第一類污染物最高允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)調(diào)試運(yùn)行期間所得最佳處理效果對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)處理1 m3廢水所需費(fèi)用進(jìn)行了估算，主要由電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工費(fèi)組成[11]。一車間廢水處理需要消耗堿、PAM、PAC，需要專職技術(shù)管理人員2名。

電費(fèi)：廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需最大總功率為3.34 kW，電價(jià)按0.35 元·kWh-1計(jì)算，處理1 m3廢水所需電費(fèi)0.04 元·m-3。

藥劑費(fèi)：處理1 m3廢水需要消耗堿、PAM、PAC量分別為0.132、0.011、0.176 kg，三者市場(chǎng)價(jià)依次為1.0、1.6、1.2 元·kg-1，則藥劑費(fèi)為0.36 元·m-3。

人工費(fèi)：技術(shù)人員2 名，每人每月平均工資為1 200 元，則人工費(fèi)為0.11 元·m-3。

綜上，攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水處理工程的運(yùn)行費(fèi)用為0.51 元·m-3，工程總運(yùn)行費(fèi)用為13.22 萬元·a-1。

5 結(jié)論

攀鋼鈦白粉廠一車間含鉻含砷廢水處理工程采用微孔曝氣與高效絮凝斜板沉淀相結(jié)合為主體的處理工藝，在進(jìn)水水量波動(dòng)較大的情況下，出水TCr、Cr6+、As 平均去除率分別達(dá)到72.22%、86.18%、47.46%，達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978－1996）第一類污染物最高允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。

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