粘胶纤维工业酸性废水物化处理工艺探索
摘要：粘胶纤维工业酸性废水物化处理工艺主要是控制好铁铝复合比例、铁铝复合除锌剂和絮凝剂的加入比例和终点PH 的控制，以及保证足够的沉淀时间。将过去传统的“物化+ 生化”二级处理工艺，创新改造为一级物化处理工艺实现达标排放；粘胶长丝生产系统实现30%的污水处理后回用。
关键词：粘胶纤维,工业酸性废水,物化处理
前言
宜宾丝丽雅集团海丝特公司污水处理系统始建于2002 年8 月，由北京洁佳杰有限公司设计承建，2003 年7 月正式投用，设计的工艺路线是按照粘胶纤维工业酸性废水传统处理工艺“物化+生化”过程实现，日处理酸性废水能力2.5 万吨。特征污染物有：pH、COD、SS、Zn2+、S2-。废水的排放采用《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即：pH6～9、COD≤ 100mg/l、SS≤70mg/l、S2-≤1mg/l、Zn2+≤2mg/l。工程设计采用的工艺路线（称为旧工艺）如图1 所示。
 |
污水处理系统自投用来存在与实际运行工艺不相符的情况，主要是：① 石灰消解系统不合理；② 污泥处理系统不合理； ③ 生化处理系统不能满足要求，若要使用，其运行维护费用较高，生化池实际已弃用。污水处理系统经创新改进治理工艺（新工艺） 后与旧工艺的最大区别是：将过去传统的“物化+ 生化”二级处理工艺改造为一级物化处理工艺。
1 物化处理粘胶纤维工业酸性废水技术方案
1.1原理
本技术的物化处理主要指采用多种物理和化学方法进行处理。物理方法，如利用物理的机械方法处理，主要采用重力分离过滤、曝气、吸附等方法。化学方法，主要采用废水中所含的溶解质或胶体物质与其他物质发生化学反应，而从废水分离出去。本技术主要采用了中和法、沉淀法、化学絮凝法（混凝法）。
1.1.1 沉淀法，是利用沉淀反应使废水中的有害物质如Zn2SO4转化为沉淀而与水分离。加入石灰乳将锌离子转化为氢氧化锌沉淀（其溶度积为Ks=1.2×10-17）。在中和池加入来至废气吸收系统的Na2S，进一步将酸性废水中的锌离子转化为溶度积小的ZnS沉淀（其溶度积为Ks=2.93×10-25）。使Zn2+沉淀较完全。其化学式如下所示：
Zn2SO4+ Na2S = Na2SO4+ ZnS↓
ZnSO4+ Ca(OH)2 = CaSO4 + Zn(OH)2↓
1.1.2 化学絮凝法，又称混凝法，此法是通过加凝聚剂破坏胶体的稳定性，使胶体粒子发生凝聚，产生絮凝物，并产生吸附作用，将废水中污染物、悬浮物吸附在一起，然后经沉降而与水分离。
1.1.2.1 在均质池出口增加了铁铝复合除锌剂（硫酸亚铁和硫酸铝按一定比例混和物） 的投加工艺，其目的是除去酸性废水中的锌离子。
1.1.2.2 在中和池增加了3 号絮凝剂（分子量800 万的聚丙烯酰胺即PAM） 的投加工艺，其目的是絮凝作用，对除去酸性废水中的锌离子、悬浮物SS和化学需氧量COD有较好作用。
1.1.2.3 并将原有废弃的曝气生物滤池作为二沉池，在一沉池对水中悬浮物去除后，以继续沉降处理COD 和SS，以实现处理酸性废水达到国家一级标准排放。
创新改进后的处理工艺，处理设施功能独立，处理效果良好，形成了以下工艺流程（见图3）：
 |
该工艺的主要特点是采用新技术、改革旧工艺。如：
“二次石灰乳的投加，铁铝复合除锌剂的投加，硫化钠的投加，絮凝剂的投加，二次沉淀”的工艺，是本工艺的主要特点。因为，酸性废水进入均质池后，水中主要含有悬浮颗粒物、胶体粒子、石灰处理产生的固体颗粒等共同形成稳定的水溶胶。
 |
根据胶体化学理论，铁系无机混凝剂适用于pH4～11 稳定的胶体悬浮液混凝，铝系无机混凝剂适用于pH6 以下或pH8 以上稳定的胶体悬浮液混凝，原因是硫酸铝在这个范围内的水解产物带正电或负电。其水解物主要形态为pH＜4：[Al(OH)n]3+. n=6～10；4＜pH＜6：[Al6 (OH)15]3+，[Al7 (OH)17]4+，[Al8(OH)20]4+，[Al13(OH)34]5+；6＜ pH＜8：[Al (OH)3]；pH＜8：[Al2(OH)4]-， [Al8(OH)26]2-。因此，经硫酸亚铁FeSO4· 7H2O 和硫酸铝Al2(SO4)3·xH2O 按一定比例复合的除锌剂加入点，选择在均质池后中和池前。经前几道工序处理后，此时的酸性废水形成稳定胶体悬浮液的pH 值在3.5 左右，并在中和池中由pH3.5 逐渐中和至pH7.6 以上（见图2）。含有Zn(OH)2 和 ZnS 沉淀的酸性废水在铁铝复合除锌剂的双电层压缩、电荷中和、沉淀网捕作用下，使含锌胶体悬浮液完全脱稳，形成微絮体使沉淀物凝聚，完成混凝。化学式：
Al2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Al(OH)3↓
2Al3++6OH-=2Al(OH)3↓
FeSO4+Ca(OH)2=Fe(OH)2↓+CaSO4
Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓
在中和池的出口使酸性废水的pH 值调至7.6～8.8，并在此点再加入PAM 絮凝剂，卷曲线状高分子的PAM 通过桥架絮凝、卷扫作用完成絮凝。使酸性废水的微絮体形成大絮体，最后使酸性废水中悬浮物快速沉降形成污泥浆，Zn2+ 随污泥浆干化处理后从水体中去除，而使水质达到国家一级排放标准。在整个工艺中，没有新增环境污染因子，水处理药剂均为无毒无害，且可以通过完全沉淀干化为污泥而去除。
综上所述，粘胶纤维工业酸性废水治理工艺基本原理：酸性废水由石灰乳液处理1#、2#、3# 单体再经过机械格栅除渣后，在均质池形成水液溶胶体、悬浮物和可容物的分散体，而胶体含有的锌离子、硫化物等有害物，在随后的工序中，胶体在混凝机理的共同作用下使胶体脱稳；即双电层压缩机理、电荷中和机理、沉淀网捕机理、吸附桥架机理。同时，根据絮凝动力学原理，借助曝气使胶体颗粒碰撞后凝聚。通过化学反应产生沉淀物，经胶体脱稳分层分离使酸性废水达到国家一级标排放标准。由于胶体处于悬浮物SS 和可容物DS 间，传统的一级物化处理工艺处理难度大、费用高，这就是利用一级物化处理工艺对锌离子去除的难点。可溶物由阴离子、阳离子、分子和小的胶体颗粒组成。
1.2工艺流程
根据以上原理，设计出用物化处理方法治理酸性废水工艺流程见图3。
 |
原有的酸性废水处理系统不能达到国家一级水质标准，其主要原因除了粘胶长丝生产规模扩大,而废水处理装置能力没有相应扩大,需要处理水量超过设计处理量的数倍,使处理效果达不到外,同时，旧工艺锌离子沉淀的最佳pH 值范围较窄,石灰乳投加量不易控制，工艺不稳定，锌离子沉淀不完全,使出水锌离子超标;酸性废水与碱性废水混合时,纤维素在酸性条件下析出,形成轻质纤维素纤维成为絮状悬浮物，同时也是COD 主要来源，由于受旧工艺只有一次沉淀池沉淀效率的限制,出水 COD 容易超标。
流程简述：
① 1#、2#、3# 单体：1#、2#、3# 单体均为钢筋混凝土池，由于大生产酸性废水含有较多悬浮物，在酸性废水进入污水处理场时，采用格栅拦截较大悬浮物，便于后序处理。1#、2#、3# 单体加装粗、中、细格栅，对厘米级杂质截留去除；同时，投加石灰乳调节酸水的pH 值为 2.0～3.5，即满足均质池吹脱硫化氢、二硫化碳的目的，为一级提升泵提供泵前保护的作用。
② 均质池（曝气调节池）：通过曝气搅拌使酸性废水和碱性废水均匀混合。同时，通过曝气过程吹脱大量的硫化氢、二硫化碳气体；并在均质池末端出口投加铁铝复合除锌剂。
③ 中和池：采用加石灰乳来中和调节搅拌均匀后的酸性废水pH，同时加入硫化钠。通过对pH 的控制调节，将酸性废水中的Zn2+ 析出、混凝，同时生成的 CaSO4也有一定的混凝作用，可混凝酸性废水中剩余的有机悬浮物，进一步降低 COD 和SS。使投加絮凝剂PAM的作用效果更明显。
④ 一沉池、二沉池：让来自中和池的已中和混凝的酸性废水，充分反应，水体中的絮状物逐渐增多、长大，通过自然沉降，水体逐渐分层，上层为清水，下层为污泥浆，下层泥浆通过刮泥机和污泥泵送入压滤机房进行干化处理。上层为清水，则通过上清液溢流达到国家一级排放标准的水。假如，一沉池上清液溢流不达国家一级标准水质，还可经过二沉池再一次调整工艺后静置沉淀，以实现处理的酸性废水达到国家一级标准排放。
2 技术特点与效益评价
2.1技术特点
该技术将过去传统的“物化+ 生化” 二级处理工艺，改造为一级物化处理工艺实现达标排放；在均质池的出水端投加铁铝复合除锌剂处理废水Zn2+ 离子和在中和池投加絮凝剂PAM 增强除Zn2+ 离子效果显著；一沉池沉淀后的出水再进入二沉池进行再沉降处理，保障整个酸性废水处理系统全面达到国家一级排放标准排放的关键。
2.2效益评价
通过该技术的实施，实现了直接经济效益404.72 万元/ 年，保证了粘胶纤维酸性废水中特征污染物的达到国家一级标准排放，维持环境生态平衡，保护水生生态环境，同时完成了省市政府下达的限期治理任务，极大地提升了公司环保治理技术水平。
3 结论
该技术采用物化处理工艺使酸性废水达到了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。同时，使得整个运行维护费用大幅降低，工艺过程及操作简单实施容易。该技术有效地找到了处理技术与经济效益的平衡点。使处理后的水，一部分回用于酸性废水处理系统石灰消解用水,实现水处理的闭路循环利用；一部分水用于清洁用水、绿化用水等，同时，为以后粘胶纤维酸性废水的资源化应用奠定基础。为粘胶纤维工业的生存和发展拓展了更大的空间。
参考文献
[1]冯敏编. 现代水处理技术化学工业出版社，2008年7月
[2][比]D.Xanthoulis 等著.低成本污水处理教程，王成端译校，化学工业出版社， 2008年7月
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
