钛白粉厂酸性废水处理的试验研究

第２７卷第７期２００７年７月工业水处理

ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＶｏｌ．２７Ｎｏ．７Ｊｕｌ．，２００７

钛白粉厂酸性废水处理的试验研究

许平，林海，邢喜峰，贾秀明

（北京科技大学环境工程系，北京１０００８３）

［摘要］试验采用分段曝气中和―混凝沉降新工艺处理钛白粉酸性废水，研究结果表明，先投加石灰石后投加石灰并辅以分段曝气可以有效去除Ｆｅ２＋、混凝剂采用聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺可有效去除悬浮物，出水ＳＯ４２－和色度，各项指标均符合《国家污水综合排放标准》ＧＢ８９７８—２００２的一级排放要求。

［关键词］钛白粉废水；分段曝气中和；废水处理［中图分类号］Ｘ７０３．１

［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００５－８２９Ｘ（２００７）０７－００５３－０４

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｃｉｄｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒ

ｆｒｏｍＴｉＯ２ｆａｃｔｏｒｙ

ＸｕＰｉｎｇ，ＬｉｎＨａｉ，ＸｉｎｇＸｉｆｅｎｇ，ＪｉａＸｉｕｍｉｎｇ

（Ｃｉｖｉｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，

Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｐ－ａｅｒａｔｅｄｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ－ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｔｒｅａｔｔｈｅ

ａｃｉｄｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍＴｉＯ２ｆａｃｔｏｒｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔＦｅ２＋，ＳＯ４２－ａｎｄｃｈｒｏｍａｃａｎｂｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｕｓｅｓＣａＣＯ３ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅｎＣａＯｉｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｔｅｐ－ａｅｒａｔｉｏｎ．ＳｕｓｐｅｎｄｅｄｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｃａｎｂｅｒｅｍｏｖｅｄｂｙＰＦＳａｎｄＰＡＭ．Ａｆｔｅｒｔｒｅａｔｅｄｂｙｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｂｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔａｌｌｔｈｅｉｎｄｅｘｓｏｆｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｗａｔｅｒｃｏｎｆｏｒｍｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｇｒａｄｅＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＤｉｓｃｈａｒｇｅＳｔａｎｄａｒｄｏｆＷａｓｔｅｗａｔｅｒ（ＧＢ８９７８—２００２）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍＴｉＯ２ｆａｃｔｏｒｙ；ｓｔｅｐ－ａｅｒａｔｅｄｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ采用硫酸法生产钛白粉会产生大量的酸性废水，废水中含有大量的Ｆｅ２＋、ＳＯ４２－、Ｈ＋，少量的Ｔｉ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｒ２＋，ｐＨ一般为１￣３，色度８００￣１０００倍，对环境的污染极大。

目前钛白粉厂酸性废水通常采用ＣａＣＯ３和ＣａＯ或ＮａＯＨ中和及混凝沉淀法处理。该方法缺点是出水悬浮物含量超标，回用水量低，石灰用量大。另外，由于用碱调节废水的ｐＨ，Ｆｅ２＋和Ｆｅ３＋生成的Ｆｅ（ＯＨ）２和Ｆｅ（增加了处ＯＨ）３沉淀带来了废渣的二次污染，

１￣４〕

理成本〔。

笔者针对山东某钛白粉厂采用直接投加石灰石处理酸性废水的现状和存在问题进行了试验研究，以期使出水达标排放。１试验部分

药剂与仪器１．１水样、

试验水样：山东某钛白粉厂的酸性废水。

［基金项目］北京市教育委员会共建项目建设计划资助（ＸＫ１０００８０４３２）

主要药剂：氢氧化钠、石灰石、氧化钙、去离子

、聚合硫酸铁水、铁氰化钾、聚合氯化铝（ＰＡＣ）

（、聚丙烯酰胺（。ＰＦＳ）ＰＡＭ）主要仪器：ｐＨ计、７２２Ａ型紫外可见分光光度计、ＡＲＩ－ＰＵＭＰ曝气机。１．２试验方法

取废水５００ｍＬ，向废水中投加不同的碱性物质或混凝剂＋助凝剂，沉降一定时间取上清液测吸光度，用质量分数１％的铁氰化钾鉴定铁离子含量并观察其絮凝体形成效果。２结果与讨论２．１中和剂的确定

在最大曝气量下，分别加入不同量的石灰、氢氧化钠和石灰石，曝气４０ｍｉｎ后沉淀８ｍｉｎ。测上清液

吸光度并观察絮凝效果。ｐＨ、

结果发现：石灰石只能起初步调节ｐＨ的作用，

５３

试验研究

超过一定投加量后，石灰石不再起中和作用，其絮凝沉降性能不好；当投加ＮａＯＨ时，絮凝效果不是很好，上清液中虽然有黄色絮状物生成，但絮状物颗粒较细，与水分离效果差；絮ＣａＯ可以较好地调节ｐＨ，凝沉降性能也比较好。考虑到经济原因，可先在废水中加入一定量的石灰石初步调节ｐＨ，然后分批加入石灰，进一步调节ｐＨ，以提高混凝效果。２．２

中和剂投加工艺

根据上述中和剂的选择结果，进行了中和剂投

表１

投加固体次序

ＣａＣＯ３ＣａＯＣａＯＣａＯＣａＯ

投加量／（・ｋｇｔ－１）

１０．００．４０．４０．４０．４

４０１０１０１０１０

工业水处理２００７－０７，２７（７

）

加流程设计试验，从而初步确定加药量和加药方式。

流程设计和试验结果分别见图１和表１。

图１投加中和剂工艺流程

试验结果表明，只加入石灰石效果不明显，色度去除率低，但再加入石灰后，立即有絮凝物生成，而

投加中和剂流程试验结果

ｐＨ５．５５．６５．８６．３７．５

现象少量浅黄色絮凝物大量黄色絮凝物生成大量黄色絮凝物生成黄色絮凝物增多黄色絮凝物较多

滴铁氰化钾

蓝蓝绿黄黄

色度去除率／％

７４．４７７．５８７．７８８．８８５．９

曝气时间／ｍｉｎ

且随着石灰加入量的增加，絮凝物越来越多，颜色变

黄，颗粒变大，固液分离效果好。当ＣａＯ投加量为

此时废水ｐＨ为６．３，接近中性），曝气时间１．２ｋｇ／ｔ（

达到７０ｍｉｎ时，色度去除率达到８８．８％。滴入铁氰化钾溶液，曝气７０ｍｉｎ时，溶液显黄色，说明铁离子已基本去除。

２．３中和加药方式的确定

此试验包括两个部分，先确定是集中加药还是分批加药的方式，再在此基础上确定是连续加药还是只在上清液加药的方式。试验结果见表２。

表２

投加方式分批加集中加连续加上清液加

中和加药方式的选择

ｐＨ６．３６．６６．６６．０

滴铁氰化钾

黄黄黄黄

色度去除率／％

８８．８８９．６８９．８８７．０

试验结果显示，连续加药效果略优于其他３种方式，此时出水ｐＨ达到６．６，色度去除率达到８９．８％，因此本研究采用连续加药方式。２．４中和剂投加量的确定

先确定第二阶段石灰的投加量，然后改变第一阶段石灰石的投加量，试验结果如图２。

结果显示，在第二阶段确定石灰的投加量时，当ＣａＯ投加量为１．２ｋｇ／ｔ时，色度去除率最大为８９．８％，此时ｐＨ６．４，滴入铁氰化钾溶液废水显黄５４

色，说明铁离子基本除去。确定石灰投加量后，第一阶段的石灰石投加量达到１０ｋｇ／ｔ时，色度去除率最高为８９．６％，此时ｐＨ为６．４，并且铁离子基本除尽。因此本试验ＣａＯ最佳投加量为１．２ｋｇ／ｔ，石灰石最佳投加量为１０ｋｇ／ｔ。２．５沉降时间的确定

废水经过中和反应后，在不同的沉降时间（５、８、

下，取其上清液，测吸光度，计算其色１２、１５、２０ｍｉｎ）

度去除率，从而确定中和沉降的时间。结果见图３。

图３沉降时间与色度去除率的关系

工业水处理２００７－０７，２７（７

）

从图３可以看出，随着沉降时间的增加，色度去除率越来越高，但当沉降时间＞８ｍｉｎ后，色度去除率变化很小，因此最佳沉降时间为８ｍｉｎ。２．６曝气条件的确定

分步曝气条件包括：曝气量和曝气时间。首先暂定曝气时间为第一阶段曝气４０ｍｉｎ，第二阶段曝气３０ｍｉｎ，改变曝气量的大小。然后在确定了曝气量的基础上，分别确定两个阶段曝气的时间。其中，曝气量的三个水平分别为４．８、３．３、１．８Ｌ／ｍｉｎ。第一阶段曝气时间分别定为２０、第二阶段曝３０、４０、５０ｍｉｎ，气时间分别定为５、试验结果如表１０、２０、３０、４０ｍｉｎ。３和图４所示。

表３

第一阶段／

（・Ｌｍｉｎ－１）

４．８３．３１．８４．８４．８３．３３．３１．８１．８

许平，等：钛白粉厂酸性废水处理的试验研究间不充分，铁离子没有除尽，又考虑到曝气时间应该

尽量短，因此第二阶段曝气时间选择３０ｍｉｎ。２．７混凝药剂种类的确定

通过中和作用，废水的吸光度大大降低，色度去除率达到９２．４％，废水的ｐＨ从１．８增至６．５，基本达到中性；废水中的铁离子、硫酸根离子基本除尽。但是中和后废水沉降效果不是很好，上清液仍含有少

６〕量悬浮物，为此采用混凝方法去除〔。试验使用了

混凝条件为：先加入絮凝剂，快搅ＰＡＣ、ＰＦＳ和ＰＡＭ。（再加入助凝剂，慢搅（４００ｒ／ｍｉｎ）３ｍｉｎ，５０ｒ／ｍｉｎ）１．５ｍｉｎ。试验结果如表４所示。

表４

混凝剂效果比较

ｐＨ６．７６．８７．０

色度去除率／％

９８．５９８．３９９．１

１６０＋８８１６０＋８

药剂种类ＰＡＣ＋ＰＡＭ

药剂质量浓度／（・ｍｇＬ－１）

不同曝气量反应效果比较

第二阶段／

（・Ｌｍｉｎ－１）

３．３４．８４．８３．３１．８１．８３．３３．３１．８

ｐＨ６．５６．３６．４６．２６．０５．９６．１５．９５．９

色度去除率／％

８９．４９１．１８７．５８３．１８３．３８３．５８３．９８３．３８３．１

ＰＡＭＰＦＳ＋ＰＡＭ

从表４可以看出，加入混凝剂效果明显，吸光度

大大降低，色度去除率最高达到９９．１％。三种药剂相比较ＰＦＳ与ＰＡＭ混用效果最佳。２．８混凝剂加药量的确定

保持助凝剂ＰＡＭ（用量不变的情况下，８ｍｇ／Ｌ）

改变ＰＦＳ的用量，在不同的ＰＦＳ用量下（１８０、１６０、

测得反应后出水的吸光度并计算其色１２０、８０、４０ｍｇ／Ｌ）

度去除率，得到结果：当ＰＦＳ投加质量浓度１６０ｍｇ／Ｌ时，色度去除率为９９．２％，且继续增加ＰＦＳ投加量处理效果变化不大。所以ＰＦＳ投加量选择１６０ｍｇ／Ｌ。

保持絮凝剂ＰＦＳ最佳用量不变的条件下，改变助凝剂ＰＡＭ用量（。结果表１、２、４、６、８ｍｇ／Ｌ和不加）

吸光度明显减小，色度明，随着ＰＡＭ投加量的增加，去除率变大。但当ＰＡＭ投加质量浓度＞２ｍｇ／Ｌ，色

度去除率变化不大，ｐＨ在６．７左右。又考虑到成本问题，因此ＰＡＭ投加质量浓度选择为２ｍｇ／Ｌ。２．９全流程实验

根据前面试验所确定的各工艺参数进行了全流程的试验。结果表明，混凝能够大大促进固液分离，减少废水中的悬浮物，降低色度，且生成的沉淀量多，颗粒大，脱水性能好。通过混凝作用，废水的吸光度减小为０．００５左右，且铁离子和硫酸根离子进一

水质步被除尽，经检测出水Ｆｅ２＋质量分数＜０．０１％，

无色透明，出水指标达到《国家污水综ｐＨ达到６．７，合排放标准》ＧＢ８９７８—２００２的一级排放要求。３结论

（针对山东某钛白粉厂酸性废水的特点，采用１）

５５

试验结果显示，当第一阶段的曝气量为３．３Ｌ／ｍｉｎ，

第二阶段的曝气量为４．８Ｌ／ｍｉｎ时，色度去除率最高为９１．１％。所以，本试验最佳曝气量：第一阶段

第二阶段为４．８Ｌ／ｍｉｎ。３．３Ｌ／ｍｉｎ，

第一阶段的曝气时间在２０ｍｉｎ和３０ｍｉｎ时，吸光度较大，且铁离子去除率低；当曝气时间＞４０ｍｉｎ后，吸光度明显减小，色度去除率达到９２．４％，且铁离子已基本除尽，此时废水的ｐＨ为６．５左右。考虑到曝气时间应尽可能小，所以选择曝气时间４０ｍｉｎ。第二阶段的曝气时间＞１０ｍｉｎ后，色度去除率变化不大，但是当曝气时间＜３０ｍｉｎ时，由于曝气时

试验研究

分段曝气中和＋混凝沉淀工艺处理，出水达到ＧＢ８９７８—２００２的一级排放要求。

（中和药剂采用石灰石和石灰混用，可以有效２）地降低污水处理成本，同时去除废水中的Ｆｅ、曝气可以加速Ｆｅ２＋的氧化。ＳＯ４２－，

２＋

工业水处理２００７－０７，２７（７）

（：３）３５－３６．

［３］ＺｉｔｏｍｅｒＤＨ，ＳｈｒｏｕｔＪＤ．Ｈｉｇｈ－Ｓｕｌｆａｔｅ，Ｈｉｇｈ－ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｙｇｅｎＤｅｍａｎｄＷａｓｔｅｗａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＵｓｉｎｇＡｅｒａｔｅｄＭｅｔｈａｎｏｇｅｎｉＦｌｕｉｄｉｚｅｄＪ］．ＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈ，２０００，７２：９０－９７．Ｂｅｄｓ［

［王浩源，缪应祺．高浓度硫酸盐废水治理技术的研究［４］Ｊ］．环境导

：报，２００１（１）２２－２５．

［何为庆．工业废水处理［冶金工业出版社，５］Ｍ］．北京：１９９９：９０－９３．［胡术刚，马术文，王之静，等．钛白废酸废水治理及副产石膏应用６］

探讨［：Ｊ］．中国资源综合利用，２００３（９）１－７．

（混凝剂ＰＦＳ和助凝剂ＰＡＭ可以有效地絮凝３）

中和过程产生的微细颗粒，并且具有脱色作用。

［参考文献］

［赵仕林．钛白粉厂含铁废水的治理方法研究［１］Ｊ］．四川师范大学学

：报：自然科学版，１９９５，１８（５）１－４．

［法浩然．硫酸法钛白粉生产的废酸治理［２］Ｊ］．江苏化工，１９９９，２７

［作者简介］许平（，硕士。电１９８２—）２００７年毕业于北京科技大学，

话：１３２４１７９４８６０。

［收稿日期］２００７－０１－２０（修改稿）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

（上接第３５页）

［翟永彬，俞庭康，沈燕云．射流曝气器充氧性能研究［２］Ｊ］．同济大学

学报，：１９９３，２１（１）１３０－１３２．

［３］ＲｉｃｈａｒｄＷＷ，ＷａｙｎｅＬＰ．Ｊｅｔａｅｒａｔｉｏｎｉｎａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．

：１９６９，４１（１０）１７２６－１７３６．ＪＷＰＣＦ，

［４］ＪｕｂｅｒｍａｎＯ，ＫｒａｕｓｅＧ．Ｅｊｅｃｔｏｒａｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｌｅａｒｉｎｇｏｆ

：Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｅ－Ｉｎｇｅｎｉｅｒ－Ｔｅｃｈｎｉｋ，１９６８，４０（６）２８８－３００．ｓｅｗａｇｅ［

［５］ＣＪ／Ｔ３０１５．２—１９９３，中华人民共和国城镇建设行业标准曝气器

清水充氧性能测定［Ｓ］．

［李燕城．水处理实验技术［中国建筑工业出版社，６］Ｍ］．北京：１９８９：

１３２－１３３．

［作者简介］陈文召（，同济大学在读博士研究生。电话：１９８０—）

０２１－６５９８２１４１，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｈｃｈｅｎ２０００＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ。

［收稿日期］２００７－０１－１５（修改稿）

工作条件为：Ｈ＝５ｍ、Ｄ＝２５ｍｍ、Ｑ气／Ｑ水＝１．４。在较

佳工作条件下，该射流器的理论动力效率可达３．２３・，试验结果得到了进一步验证。ｋｇ／（ｋＷｈ）

（供气式气液双喷嘴射流器独特的双喷嘴结３）构，灵活的供气条件，较大的气水比和供气压力，保证了该射流器具有较高的理论动力效率。

［参考文献］

［张统，方小军，张志仁．ＳＢＲ及其变法污水处理与回用技术［１］Ｍ］．

北京：化学工业出版社，２００３：９４－１６３．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

・简讯・

上海推出含油废水处理新工艺

上海易清环保工程技术有限公司首创的国内新型含油废水治理设备———ＹＦ系列无动力油水分离器，在码头含油压舱废水、油品库废水处理技术方面取得重大进展，经环保部门现场检测证明，经其处理后污水中油的去除率均达到９８％以上，ＣＯＤ、ＳＳ等负荷亦比进水时大为降低。

据了解，ＹＦ系列无动力油水分离器主要利用流体力学原理实现油水分离，在有液位差的情况下，不消耗任何能源，无需动力。此项技术有３个特点：一是比用传统工艺节约投比传统的隔油池占地面积小６０％以上；二是一资４０％左右，

般隔油池需要大面积的人工或机械刮油，维护清理复杂。而无动力油水分离装置通过合理的设计，污水中的油集中在集油槽中，不堵塞，维护清理简单，操作方便；三是这种设备抗冲击能力强，水质水量的变化不会影响处理效果，且对进水水质无特殊要求。

ＹＦ系列无动力油水分离器曾成功应用于大连北良石化有限公司等码头压舱水的处理，设计水量为每小时２００ｔ，进水ＣＯＤＣｒ１５００ｍｇ／Ｌ，油质量浓度３０００ｍｇ／Ｌ；出水ＣＯＤＣｒ１００

油质量浓度３．０ｍｇ／Ｌ。这项技术不仅可以有效地处理ｍｇ／Ｌ，

码头含油压舱废水，还从一定程度上革新了我国处理含乳化油工业废水的油水分离技术。

压舱废水中含有原油、燃料油、乳化油等成分，传统工艺只能对压舱废水中的油进行处理，如要去除废水中的ＣＯＤ还需增加设备，占地面积更大，而ＹＦ系列无动力油水分离器则在进行油水分离的同时降解ＣＯＤ，效果显著，可谓“事半功倍”。

摘自中国环境报２００７－０３－２７

河南省叶县污水处理厂１１月建成

日处理能力２万ｔ的河南省平顶山市叶县污水处理厂，总投资５１７３万元，预计到２００７年１１月建成投运。

工程占地约３万ｍ２，采用成熟的奥贝尔氧化沟工艺，收水管网主干管长度１５．２６ｋｍ，支管长度１５．２１ｋｍ。工程建成投运后将解决叶县城关屠宰废水对平顶山市出境河流北汝河断面的污染。工程由许昌瑞贝卡发制品有限公司投资经营，经营权３０ａ。污水处理厂的建设，标志着平顶山市实现了县县都有污水处理厂的目标。

摘自中国环境报２００７－０４－２４

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