二级曝气中和法处理酸洗废水工艺的研究
根据酸洗废水的水质特点，介绍了二级曝气中和法作为酸洗废水的处理工艺，并在理论上对该工艺进行了探讨，模拟试验结果表明，二级曝气中和法对酸洗废水中污染物去除效果显著，出水符合排放要求，工艺合理可行。
我国南方某地区年产不锈钢制品达20万t，在酸洗过程中有大量酸洗废水产生，酸洗废水呈酸性且含有大量的铁、镍、铬、氟等污染物质，使得该地区域内河流均受到不同程度的污染。受当地政府和环保部门委托，根据现场取样的分析检测结果，提出了该地区酸性废水集中处理的工艺技术方案。
处理工艺
1.1 水质分析及其特点
经水样检测和分析，进水水质主要有如下特点：
1)废水pH<4，必须进行中和处理。
2)废水有机污染物含量低，COD主要是由于废水中含有大量的亚铁离子在测定过程中还原重铬酸根造成的，因此需要采取有效的措施将亚铁离子除去以降低出水的COD。
3)废水中含有一定浓度的氟化物。在钙的化学计量浓度下，氟化钙的理论最大溶解度约为8mg/L，采用石灰沉淀法，通过控制药剂投加量可使出水F-满足排放要求。
4)废水中含有大量的铁离子和亚铁离子，亚铁离子在中性或碱性条件下易被水中溶解氧所氧化，最终生成红褐色氢氧化铁沉淀而被去除。
5)废水中含有铬，由于酸洗废水中含有大量的亚铁离子，因此铬主要以Cr3+形式存在，无需投入化学还原剂将六价铬还原成三价铬，三价铬在碱性条件下易生成氢氧化铬沉淀被去除。
6)废水中含有镍，在废水中以Ni2+存在，通过调节废水至碱性可将镍以Ni(OH)2沉淀形式去除。
7)废水中的色度主要是由于亚铁离子造成的(呈绿色)，亚铁离子排入水体后被水中的溶解氧氧化生成氢氧化铁，从而使水体呈现红棕色，这个现象可以在加工厂附近的水体中观察到，只要将废水中的亚铁离子去除就可使出水色度达标。
1.2 主体工艺方案的确定
由上述分析可知，采用中和法可同时实现废水中的铁、镍、铬、氟等污染物质的去除，使出水达标排放。典型的中和系统采用碳酸钠、氢氧化钠、石灰石或石灰，而最普遍的是用石灰。石灰石比消石灰更为经济，反应时产生较稠的污泥，但在pH值6.5以上反应慢。除了石灰石以外，石灰是最便宜的化学品，反应又快，其缺点是产生大量的污泥。因此采用石灰石和消石灰二级中和法可以发挥两者的优点，主体工艺流程见图1。
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1)一级曝气中和。一级中和的机理是：利用比消石灰价格更为低廉的石灰石将酸洗废水的酸性由强酸性中和到弱酸性，这样可以有效地降低药剂费用。常规工艺使用石灰石中和处理酸洗废水时常常产生一些困难，这是由于中和反应所产生的硫酸钙覆盖在石灰石表面会妨碍中和反应的进行;此外，如果中和程度控制不当会生成絮状氢氧化亚铁沉淀，此时出水上面的澄清液尽管会一度呈现透明状态，但它还是含有很多的Fe2+，经过一段时间以后亚铁被空气中的氧所氧化生成氢氧化铁沉淀，澄清液会变成褐色的污浊液，而且该沉淀物不易浓缩，使得沉淀的泥渣处理困难。采用一级曝气中和技术，选用粒径为0.5mm~3mm的石灰石，则可以有效避免出现上述情况，首先该技术采用曝气手段可以确保石灰石颗粒不会被反应过程中生成的硫酸钙沉淀物所覆盖，从而保障反应的持续进行;其次将一级曝气中和出水的pH值控制到4~5，不但可有效防止反应过程中产生氢氧化铁沉淀，而且可有效吹脱反应过程中生成的二氧化碳气体，减少二级过程中泥渣生成量;再次，采用构型和流态合理的反应器既能有效吹脱反应过程中产生的二氧化碳，又可以冲走易堵塞滤层的微细悬浮物质，确保一级中和反应的进行。
2)二级曝气中和混凝。一级曝气中和反应器出水自流进入二级曝气中和混凝反应池后，投加消石灰对进水酸碱性进行微调。本阶段充分利用酸洗废水中铁含量较大的特点，使之在反应过程中一方面作为污染物被去除，另一方面也起到混凝作用而提高对其他污染物的去除，保证出水的达标排放，此阶段为污染物去除的主要阶段。曝气不但可以将亚铁氧化成三价铁，而且可以起到搅拌作用，防止反应生成的泥渣沉积。混合液采用常规的沉淀法就可以基本满足出水水质要求。
3)砂滤。采用砂滤作为出水保证措施，防止沉淀处理后的出水残留少量絮状物导致出水污染物超标，从而确保出水各项指标均能稳定达标排放。
4)污泥处置。由上述分析可知，酸洗废水中铁、铬和镍是以氢氧化物沉淀的形式、氟是以氟化钙沉淀形式被去除的，该处理过程中必然会产生大量的泥渣，泥渣的妥善处理处置是必要的。由于该泥渣主要成分为无机物且含有大量的重金属污染物，几乎不含有机污染物，因此不宜采用常规稳定化技术进行处理。该泥渣不含放射性物质，脱水后可就近运往砖厂制砖，使金属离子晶格化、稳定化，有效避免二次污染。
结果与讨论
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结合表1和表2水质分析结果可以看出，本工艺对于酸洗废水中污染物去除效果显著，出水完全符合污水综合排放标准的要求。这一方面是因为本工艺充分利用了废水中含有大量的铁，通过铁盐的混凝作用大幅度地去除污染物;另一方面是试验过程中严格控制了各处理阶段的工艺参数(如pH值、沉渣回流比、加药量、曝气强度)，使得本工艺对各种重金属离子、氟化物以及其他污染物的去除获得了令人满意的效果。模拟试验表明，污染物的去除效率主要取决于混合液中氢氧根离子浓度、钙离子浓度以及泥水分离效果，大量氢氧化铁沉淀物的生成对污染物去除和泥水分离具有积极的影响。处理后泥水分离效果较好，静置沉淀15min时泥渣沉降比为78%，静置2h后泥渣沉降比为20%，上清液无色透明。而且，静置沉淀2d以后，上清液色度没有回升，说明本工艺对铁的去除很彻底。
3 结语
1)模拟试验表明，二级曝气中和法对于酸洗废水中污染物去除效果显著，该工艺合理可行。
2)污染物的去除效率主要取决于混合液中氢氧根离子浓度、钙离子浓度以及泥水分离效果，因此，pH值、沉渣回流比、加药量、曝气强度等的控制非常重要。
3)工艺出水水质完全符合污水综合排放标准的要求，可有效保护本地区生态环境。
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