彭治華，李 祥，陳 晨，耿 威

(云南福石科技有限公司，云南 昆明 650117)

次磷酸鈉(又稱次亞磷酸鈉)，是磷化工重要產(chǎn)品之一[1]，具有很強(qiáng)的還原性，常被用做擦洗劑、除垢劑、漂白劑、還原劑[2]等。隨著精細(xì)化工工藝日漸成熟，次磷酸鈉用量也逐漸增長(zhǎng)，國(guó)際上次磷酸鈉需求量每年以10%～15%的速度遞增[3]。該產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，排放大量的廢水、廢氣、廢渣等污染物[4]，近年來(lái)國(guó)家在環(huán)境保護(hù)力度的增強(qiáng)，次磷酸鈉廢水的治理，已經(jīng)變得刻不容緩。

由于次磷酸鹽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[5]，不能用常規(guī)的混凝沉淀去除，普通氧化技術(shù)很難將其氧化，必須先通過(guò)強(qiáng)氧化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，再通過(guò)混凝沉淀法[6]去除。

1 工程概況

湖北堯治河化工股份有限公司次磷酸鈉項(xiàng)目配套廢水處理站處理規(guī)模為 240 m3/d，采用芬頓氧化+物化+多介質(zhì)過(guò)濾工藝，出水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)表4一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(磷酸鹽<0.5 mg/L)。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 廢水水質(zhì)

廢水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 廢水水質(zhì)情況

2.2 工藝流程

次磷酸鈉廢水處理工藝流程如圖1。

圖1 次磷酸鈉廢水處理工藝流程圖

次磷酸鈉廢水自車間排放至調(diào)節(jié)池，通過(guò)提升泵泵入芬頓氧化池，進(jìn)行芬頓氧化反應(yīng)；芬頓氧化池出水自流至中間水池1，進(jìn)行曝氣反應(yīng)，去除殘留的雙氧水；經(jīng)過(guò)脫氣后的廢水先后泵入一級(jí)化混沉淀池和二級(jí)化混沉淀池，使得廢水中的磷酸根離子先后和鈣離子發(fā)生絮凝反應(yīng)，和絮凝劑發(fā)生強(qiáng)化絮凝作用，使得污泥聚集，并在沉淀池進(jìn)行高效固液分離；沉淀池上清液自流至中間水池2，通過(guò)提升泵泵入多介質(zhì)過(guò)濾器，進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的清水達(dá)標(biāo)排放，沉淀池的污泥泵入污泥濃縮池進(jìn)行壓濾，污泥壓濾處理后委外處置。

2.3 各構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)尺寸：6.50 m×6.00 m×6.50 m，有效水深：6 m，有效容積：234 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池外設(shè)兩臺(tái)耐酸堿提升泵(Q=25 m3/h，H=12 m，P=3.7 kW，1用1備)，提升泵管道上安裝電磁流量計(jì)計(jì)量流量，提升泵出口設(shè)置支路至調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水力攪拌，池內(nèi)安裝液位計(jì)1臺(tái)和pH計(jì)1臺(tái)。

2.3.2 催化氧化池

催化氧化池設(shè)計(jì)尺寸：3.00 m×2.85 m×4.50 m，有效水深：4 m，有效容積：34.2 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，2座。池頂設(shè)2臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 120 r/min，N=5.5 kW。27.5%雙氧水和10%硫酸亞鐵通過(guò)計(jì)量泵泵入芬頓氧化池，池內(nèi)安裝pH計(jì)和ORP計(jì)各1臺(tái)。

2.3.3 中間水池1

中間水池1設(shè)計(jì)尺寸：3.50 m×6.00 m×6.50 m，有效水深：6 m，有效容積：126 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池內(nèi)設(shè)置20套可提升曝氣器，規(guī)格：φ67 mm-750 mm-4個(gè)，池外設(shè)置風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)P=3.7 kW。池外設(shè)兩臺(tái)耐酸堿提升泵(Q=10 m3/h，H=10 m，P=0.75 kW，1用1備)，池內(nèi)安裝液位計(jì)1臺(tái)。

2.3.4 一級(jí)混凝池

一級(jí)混凝池設(shè)計(jì)尺寸：1.50 m×1.85 m×2.50 m，有效水深：2 m，有效容積：5.55 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 96 r/min，N=2.2 kW。10%石灰通過(guò)氣動(dòng)泵泵入混凝池，池內(nèi)安裝pH計(jì)1臺(tái)。

2.3.5 一級(jí)絮凝池

一級(jí)絮凝池設(shè)計(jì)尺寸：1.50 m×1.85 m×2.50 m，有效水深：2 m，有效容積：5.55 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 36 r/min，N=1.5 kW。0.2%絮凝劑通過(guò)計(jì)量泵泵入絮凝池。

2.3.6 一級(jí)沉淀池

一級(jí)沉淀池設(shè)計(jì)尺寸：φ5.00*4.50，有效水深：4 m，表面負(fù)荷：0.51 m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間：6.0 h。鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯3布5油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，周邊線速度 1.5 m/min，N=0.55 kW。池外設(shè)置排泥泵(Q=10 m3/h，H=10 m，P=0.75 kW，1用1備)。

2.3.7 二級(jí)混凝池

二級(jí)混凝池設(shè)計(jì)尺寸：1.50 m×1.85 m×2.50 m，有效水深：2 m，有效容積：5.55 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 96 r/min，N=2.2 kW。10%石灰通過(guò)氣動(dòng)泵泵入混凝池，池內(nèi)安裝pH計(jì)1臺(tái)。

2.3.8 二級(jí)絮凝池

二級(jí)絮凝池設(shè)計(jì)尺寸：1.50 m×1.85 m×2.50 m，有效水深： 2 m，有效容積：5.55 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 36 r/min，N=1.5 kW。0.2%絮凝劑通過(guò)計(jì)量泵泵入絮凝池。

2.3.9 二級(jí)沉淀池

一級(jí)沉淀池設(shè)計(jì)尺寸：3.70 m×4.2 m×4.50 m，有效水深：4 m，表面負(fù)荷：0.64 m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間：6.0 h。鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯3布5油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池內(nèi)設(shè)置斜管填料，斜長(zhǎng) 1.00 m。池外設(shè)置排泥泵(Q=10 m3/h，H=10 m，P=0.75 kW，1用1備)。

2.3.10 中間水池2

中間水池2設(shè)計(jì)尺寸：2.50 m×1.50 m×6.50 m，有效水深：6 m，有效容積：22.5 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座。池外設(shè)置中間水池提升泵(Q=10 m3/h，H=15 m，P=1.5 kW，1用1備)。

2.3.11 多介質(zhì)過(guò)濾器

多介質(zhì)過(guò)濾器設(shè)計(jì)尺寸：φ1.50×3.30，過(guò)濾流速 5.3 m/H，碳鋼襯膠，1座。設(shè)置反沖洗泵(Q=20 m3/h，H=15 m，P=1.5 kW，1用1備)。

2.3.12 終端pH調(diào)整池

終端pH調(diào)整池設(shè)計(jì)尺寸：1.60 m×1.40 m×2.50 m，有效水深：2 m，有效容積：4.48 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)襯5布7油環(huán)氧樹(shù)脂防腐，1座。池頂設(shè)1臺(tái)立式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速 96 r/min，N=2.2 kW。30%硫酸通過(guò)計(jì)量泵泵入終端pH調(diào)整池，池內(nèi)安裝pH計(jì)1臺(tái)。

2.3.13 污泥濃縮池

污泥濃縮池設(shè)計(jì)尺寸：4.20 m×2.50 m×6.50 m，有效水深：6 m，有效容積：63 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座。池外設(shè)置污泥泵(Q=10 m3/h，H=15 m，P=1.5 kW，1用1備)，廂式壓濾機(jī)1臺(tái)，過(guò)濾面積80 m2，池內(nèi)設(shè)置液位計(jì)1臺(tái)。

3 不同工況對(duì)處理效果的影響

3.1 不同初始pH對(duì)處理效果的分析

pH直接影響芬頓氧化體系中·OH的活性[7]，運(yùn)行過(guò)程中記錄了不同初始pH對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響，磷酸鹽的去除率隨不同初始pH的變化如圖2所示。

圖2 出水磷酸鹽指標(biāo)隨不同初始pH的變化

由圖2可知，總體出水磷酸鹽在0.22～0.49 mg/L；初始pH=3.0～3.5時(shí)，出水磷酸鹽在0.22～0.30 mg/L；初始pH=4.0～4.5時(shí)，出水磷酸鹽在0.31～0.40 mg/L；初始pH=4.5～5.0時(shí)，出水磷酸鹽在0.39～0.49 mg/L。雖磷酸鹽均可達(dá)標(biāo)排放，但pH較高時(shí)，磷酸鹽有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 不同環(huán)境溫度對(duì)處理效果的分析

有研究表明[8]，隨著反應(yīng)溫度的升高，芬頓效果逐漸增強(qiáng)。溫度影響運(yùn)行過(guò)程中記錄了不同環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響，磷酸鹽的去除率隨不同環(huán)境溫度的變化如圖3所示。

圖3 出水磷酸鹽隨不同環(huán)境溫度的變化

由圖3可知，總體出水磷酸鹽在0.23～0.50 mg/L；當(dāng)環(huán)境溫度在5～10 ℃ 時(shí)，出水磷酸鹽在0.40～0.50 mg/L；當(dāng)環(huán)境溫度在15～20 ℃ 時(shí)，出水磷酸鹽在0.32～0.42 mg/L；當(dāng)環(huán)境溫度在25～30 ℃ 時(shí)，出水磷酸鹽在0.23～0.33 mg/L。雖磷酸鹽均可達(dá)標(biāo)排放，但溫度較底時(shí)，磷酸鹽有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 不同藥劑投加量對(duì)處理效果的分析

運(yùn)行過(guò)程中記錄了不同藥劑投加量對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響，磷酸鹽的去除率隨不同藥劑投加量的變化如圖4所示。

圖4 出水磷酸鹽隨不同藥劑投加量的變化

由圖4可知，總體出水磷酸鹽在0.19～0.49 mg/L；當(dāng)ρ(FeSO4)=1.30 kg/m3，ρ(H2O2)=1.00 kg/m3時(shí)，出水磷酸鹽在0.39～0.49 mg/L；當(dāng)ρ(FeSO4)=1.50 kg/m3，ρ(H2O2)=1.20 kg/m3時(shí)，出水磷酸鹽在0.19～0.26 mg/L；當(dāng)ρ(FeSO4)=1.80 kg/m3，ρ(H2O2)=1.40 kg/m3時(shí)，出水磷酸鹽在0.19～0.25 mg/L。磷酸鹽均可達(dá)標(biāo)排放，但投加量較少時(shí)磷酸鹽有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，投加量超過(guò)一定量時(shí)，出水磷酸鹽維持在一定數(shù)值。

4 運(yùn)行費(fèi)用分析及整體情況

4.1 運(yùn)行費(fèi)用分析

系統(tǒng)投運(yùn)后，當(dāng)天水質(zhì)達(dá)標(biāo)，本工程穩(wěn)定運(yùn)行，藥劑運(yùn)行費(fèi)用分析見(jiàn)表2。藥劑合計(jì)的運(yùn)行費(fèi)用為3.069元/m3廢水。系統(tǒng)新增運(yùn)行功率為 28 kW，單耗為 2.8 kWh/m3廢水，電價(jià)為0.70元/kWh，電費(fèi)為1.96元/m3廢水。本系統(tǒng)新增勞動(dòng)人員2名，人均工資4000元/月，人工費(fèi)為0.445元/m3。以上藥劑、電費(fèi)、人工費(fèi)合計(jì)為5.473 元/m3廢水。

表2 藥劑運(yùn)行費(fèi)用分析表

4.2 總體情況

本項(xiàng)目自建成后，一直穩(wěn)定運(yùn)行，均可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB8978-1996)表4一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(磷酸鹽<0.5 mg/L)。

5 結(jié)論

1)采用芬頓氧化+物化+多介質(zhì)過(guò)濾器工藝處理次磷酸鈉廢水，實(shí)現(xiàn)了廢水的達(dá)標(biāo)排放。

2)從運(yùn)行數(shù)據(jù)看出，不同的運(yùn)行工況對(duì)磷酸鹽去除效果不同。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)初始pH=3、溫度25～30 ℃、ρ(FeSO4)=1.50 kg/m3，ρ(H2O2)=1.20 kg/m3時(shí)，磷酸鹽去除效果較好。