焦化废水反渗透高浓盐水除氟技术研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joui248369
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随着生态文明建设和产业不断升级,政府对水资源消耗总量和强度的双控日益严格,中水回用和废水零排放成为对工业企业的基本要求。甲方公司的四期焦化废水零排放处理装置采用活性炭吸附再生、树脂软化、纳滤分盐、膜浓缩、电渗析浓缩、冷冻结晶和蒸发结晶技术将焦化废水进一步深度处理,提取出硫酸钠和氯化钠工业盐,并将产水全部回用于工艺。由于焦化废水含氟浓度较高,经过膜浓缩后,氟离子浓度达到100mg/L以上,进入后续工艺将会影响电渗析电极和蒸发结晶器的寿命,氟离子成为影响零排放系统稳定运行的重要因素。因此,为降低氟离子对电渗析和氯化钠蒸发结晶装置的影响,本文采用药剂除氟、电絮凝除氟、化学沉淀除氟+软化出水三种技术对反渗透高浓盐水和生化出水进行处理,通过对处理效果和工艺成本进行对比分析,确认不同技术处理废水的最佳工艺参数,使高浓盐水软化出水满足氟离子≤20.0 mg/L且处理过程增加的金属离子浓度≤1.0 mg/L(钠离子除外)。药剂除氟实验中,利用小试实验考察了不同药剂的除氟效果及主要影响因素,在优化的药剂投加量和pH下,GMS-6药剂、除氟剂A、除氟剂B、聚铝、无水氯化铝等5种混凝药剂均能使高浓盐水的出水氟离子浓度达标。各除氟药剂对高浓盐水除氟的处理效果排序为:除氟剂B>无水氯化铝>除氟剂A>聚铝>GMS-6药剂。对应的药剂成本由高到低排序为:GMS-6药剂>除氟剂A>除氟剂B>无水氯化铝>聚铝。综合比较处理效果及药剂成本后发现,聚铝具有高效的除氟能力和突出的成本优势,将其确定为最佳药剂。聚铝除氟的最佳实验条件为:药剂投加量2.0 g/L,pH为7.0,快速搅拌速度为150 r/min、时间为10 min,慢速搅拌速度为80 r/min、时间为10 min,静置时间为40min。废水中氯离子浓度对聚铝除氟没有显著影响;高浓度的硫酸根离子对聚铝除氟有一定抑制作用。电絮凝除氟实验中,采用铝板作为电极对高浓盐水进行静态除氟实验。研究显示弱酸性体系可显著提高电絮凝除氟效果,合适的电流强度可有效提高电絮凝除氟效率。采用铝极板电絮凝除氟的最佳实验条件为:初始pH为5.0,电流密度为8.0mA/cm2,搅拌速度为900r/min,极板间距为1.0cm,电解时间为40min,采用直流电源供电条件下氟离子可从137.6 mg/L降至16.4 mg/L。氯离子和硫酸根离子可提高电絮凝除氟效果,其中氯离子对铝极板电絮凝除氟的促进作用优于硫酸根离子。化学沉淀除氟+软化出水实验中,采用氯化钙对高浓盐水进行除氟,并添加碳酸钠对除氟出水进行脱钙处理。该方法的最佳除氟实验条件为:以Ca/F摩尔比为2.0投加药剂,即氯化钙药剂投加量为1.76 g/L,pH不作调整,振荡时间为30 min,振荡速度为150 r/min,静置时间为90 min,。该条件下可使出水氟离子浓度降至9.6 mg/L,能稳定达标。软化出水的最佳实验条件为:pH为11.0,以CO32-/Ca2+摩尔比为2.5投加碳酸钠,即碳酸钠投加量为1.69g/L,但该条件下钙离子浓度最低仅能达到1.04mg/L,无法满足金属离子浓度增量≤1.0 mg/L的要求。因此,对化学沉淀除氟+软化出水技术不予考虑。对比以上三种方法,药剂除氟和电絮凝除氟技术皆能满足实验要求。聚铝除氟实验和铝极板电絮凝除氟实验的成本进行核算显示,两种方法的处理成本接近,但电絮凝法的阳极板钝化等问题使其具有更高的后期维护成本。聚铝除氟具有更强的水质适应性,在实际工程改造中无需新添设备。因此,聚铝混凝除氟更适合甲方公司的四期焦化废水零排放项目中的高浓盐水氟离子去除。本文旨在为焦化行业及钢铁废水行业中的氟离子的去除提供依据和技术支持。
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