三氧化二釩廢水處理設(shè)計
前言
為了充分利用釩資源，提高公司的經(jīng)濟效益和出口創(chuàng)匯能力，由我院承擔(dān)設(shè)計的攀鋼攀宏公司三氧化二釩及高釩鐵車間生產(chǎn)線，于1998年7月建成投產(chǎn)。設(shè)計年產(chǎn)V2O32500t、高釩鐵2000t。在V2O3生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量含釩含鉻酸性廢水。
1 廢水性質(zhì)及成分
由V2O3車間沉淀工段排出的酸性廢水中含有V5+：100－120mg／L，Cr6+：100－250mg／L，Na2SO4：42－57g／L，廢水的PH值1.8－2.5，溫度70－80℃，廢水最大流量約為35m3／h。
V2O3廢水處理排水水質(zhì)執(zhí)行國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
2 廢水處理工藝
目前國內(nèi)外對含釩含鉻酸性廢水的處理[1－2]，一般采用以下兩種工藝：其一，主要以回收廢水中的釩為目的的離子交換工藝，回收后的母液中，含有大量的鉻和硫酸鈉等成分，廢液需再次處理石則廢液排放會對環(huán)境造成污染；其二，以處理達標(biāo)排放為目的的還原、中和工藝。對于還原、中和工藝：德國魯奇公司采用硫酸亞鐵還原一氫氧化鈉中和法，德國蒂森公司采用SO2還原-碳酸鈉中和法，意大利艾姆科公司采用硫酸亞鐵還原-石灰中和法。
結(jié)合攀鋼生產(chǎn)實際，經(jīng)綜合分析比較，三氧化二釩車間廢水處理系統(tǒng)采用硫酸亞鐵還原-石灰中和法。V2O3廢水處理站由調(diào)節(jié)池、廢水泵房、還原槽、中和槽、濃縮沉淀池、過濾器、壓濾間、化驗室、石灰乳制備系統(tǒng)等部分組成。廢水處理工藝流程見圖1。
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2．1 廢水貯存
由車間沉淀工段排出的酸性廢水，其流量和水質(zhì)是不均勻的，需經(jīng)調(diào)節(jié)池（均化池）調(diào)節(jié)，廢水停留時間約15h。調(diào)節(jié)池總尺寸為16.5m×4.5m×2.5m，有效容積350m3，共分2格，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)壁作玻璃鋼防腐處理。
2．2 廢水的還原
還原槽2座，并聯(lián)運行，還原槽規(guī)格：Φ：1200mm、H：1500mm，鋼質(zhì)內(nèi)襯氯丁橡膠。廢水由調(diào)節(jié)池送入還原槽進行還原處理，還原槽采用中心進水周邊出水，每座還原槽內(nèi)廢水停留時間約30min。硫酸亞鐵經(jīng)電動攪拌槽配制成濃度為20％的溶液，重力投加到還原槽，將V5+還原為小V4+，Cr6+還原為Cr3+。還原槽設(shè)有PH值測量顯示器，通過流量調(diào)節(jié)閥自動控制硫酸亞鐵溶液投加量，硫酸亞鐵用量約120kg/L。為使還原反應(yīng)充分進行，還原槽出口廢水PH值應(yīng)控制在2.6－3.1之間，該還原過程的主要反應(yīng)為：
VO2++Fe2++＋2H+→VO2++Fe3++H2O
VO2++2Fe2++4H+→V3++2Fe3++2H2O
Cr2O72-+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O
2．3 廢水的中和
中和槽2座，串聯(lián)運行，每座中和槽內(nèi)廢水停留時間約15min。中和糟規(guī)格：Φ：2600mm，H：2500mm，鋼質(zhì)內(nèi)襯氯丁橡膠。為防止懸浮物沉淀，每座中和槽均設(shè)有電動攪拌機。經(jīng)還原后的廢水重力流入1號和2號中和槽，在兩個中和槽中投加濃度為10％的石灰乳進行中和反應(yīng)，使廢水中的Cr3+生成氫氧化鉻沉淀，釩生成難溶性鈣鹽沉淀，中和槽設(shè)有pH值測量顯示器，通過流量調(diào)節(jié)閥自動控制石灰乳投加量。1號中和糟石灰乳投加量約為1600－2500kg/h上，2號中和槽石灰乳投加量約為400－500kg／h。
為使廢水中的Cr6+、V5+能充分去除，保證廢水達標(biāo)排放，借鑒德國有關(guān)廢水處理經(jīng)驗，V2O3廢水處理采用石灰乳兩段中和工藝，玉號中和糟出口廢水PH值控制在7．5－8．5之間，2號中和槽出口廢水PH值控制在8－9之間。該中和過程的主要反應(yīng)為：
Cr3+＋3OH-→Cr（OH）3↓
Fe3+＋3OH-→Fe（OH）3↓
V3+＋Ca2+＋SO42-+nH2O→絡(luò)合物↓
2．4 廢水的濃縮沉淀及過濾
濃縮沉淀池2座，并聯(lián)運行，每座尺寸為Φ：9000mm，H：3000mm，濃縮刮泥機NZ－9型2臺。經(jīng)中和后的廢水重力流人濃縮沉淀池進行濃縮澄清，廢水中的釩、鉻和鐵的氫氧化物以及硫酸鈣等沉淀物被濃縮沉入池底，濃縮沉淀的污泥排人濃縮池下的泥漿槽內(nèi)，經(jīng)泥漿泵送至壓濾間進行壓濾脫水。濃縮沉淀池澄清水送過濾器進行過濾處理，過濾器采用SAF－A型自清洗過濾器，1臺，Q＝50m3／h，過濾精度0.1mm。濾后水經(jīng)檢測達到國家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。
2．5 污泥處理
壓濾間內(nèi)設(shè) XAJZ60／1000型廂式壓濾機3臺，2用1備，同時預(yù)留1臺廂式壓濾機位置。壓濾機每天產(chǎn)泥餅（含水率50％左右）約24t，由于泥餅用；濾液返回濃縮池重新處理。
2．6 石灰乳制備
石灰干粉由專用罐車運送至干粉儲罐內(nèi)貯存，通過給料機定量將石灰粉送人石灰漿槽加水制成濃度為20％左右的石灰漿，再用泵將石灰漿提升至石灰乳槽，加水機械攪拌配制成濃度為10％左右的石灰乳，再用泵送至中和槽。石灰用量（以CaO純度70％計）約為320kg／h。
3 廢水處理運行情況
V2O3廢水處理站自運行以來，基本達到了設(shè)計要求，V2O3車間廢水處理站廢水排放水質(zhì)：pH值、Cr6+及總釩（V）、懸浮物（SS）均完全滿足國家有關(guān)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。
表1 廢水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)
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4 結(jié)束語
硫酸亞鐵還原一石灰中和法處理V2O3含釩、含鉻酸性廢水是可行的，其運行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。還原、中和反應(yīng)是V2O3廢水處理工藝的核心，設(shè)計通過pH值自動監(jiān)測石灰乳、硫酸亞鐵投加量自動控制以及石灰乳兩段中和等方式，保證了廢水水質(zhì)達標(biāo)排放。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，該工藝流程簡單，設(shè)備自動化程度較高，既可有效去除污染物，又能實現(xiàn)廢水中釩資源的回收利用，具有良好的環(huán)境經(jīng)濟效益。
參考文獻：
[1] 魏宗華，等．鋼鐵工業(yè)廢水治理［M］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992．
[2]（美）J．W帕特森．工業(yè)廢水處理技術(shù)手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993．
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