关于某工业污水处理厂两级混凝沉淀药剂投加的影响分析

关于某工业污水处理厂两级混凝沉淀药剂投加的影响分析

李世伟

东莞市水务集团建设管理有限公司523000

摘要：某工业污水厂服务于上游电子芯片制造企业，根据与电子工业企业对接情况及其提供的相关情况说明。工业企业内部废水大致分为含氟废水、氨氮废水、含铜废水、酸碱废水、研磨废水、有机废水。企业设置有生产废水处理装置，经处理达标后后排至某工业污水厂内进行最终处理，主要探讨两级混凝沉淀药剂投加影响的分析。

关键词：污水处理厂；两级混凝沉淀药剂；影响分析

一、项目基本情况

某工业污水处理厂规模与上游电子企业废水量保持一致，为2.76万m3/d，工艺路线采用“调节池（含提升泵）→一级混凝沉淀池→二级混凝沉淀池→水解酸化池→生物反应池→MBR膜池→臭氧接触氧化→生物活性炭→活性物质吸附（离子树脂）→紫外线消毒（辅助次氯酸钠）→尾水排放”。

二、水质分析

（1）工业企业内部主要分以下几种废水：

表1工业企业内部废水站进水水质(ppm)

（2）按照上游工业电子企业提供的水质，本工程进水水质按照《电子工业水污染物排放标准》(GB39731-2020)间接排放标准和广东省地标DB44/26-2001二时段三级的较严者执行。

表2设计进水水质

备注：企业在HF废水处理系统会投加CaCl2，本项目来水中钙离子浓度约25mg/L。

（3）氟离子处理工艺

国内外含氟废水的处理方法有数种，常见的有沉淀法和吸附法两种。

化学沉淀法和混凝沉淀法：一般适用于浓度高的含氟废水处理，方法、药剂种类以及运行管理相对简单，可以被选用作除氟预处理工艺；

吸附法或离子交换法：一般适用于浓度低的含氟废水处理，方法相对简单，运行管理相对简便，可选作除氟深度处理。

本工程采用“预处理两级化学混凝沉淀+深度处理活性物质兜底除氟”组合式工艺。

（4）除氟药剂选择

常见的混凝沉淀除氟药剂有氯化钙、PAC、PAM及专用除氟药剂等，可根据来水水质，灵活搭配，以实现低成本去除氟化物。

1）氯化钙，CaCl2

CaF2沉淀。CaCl2的溶解度高，是一种中性盐，投加后不会对pH值产生明显影响。理论上，18℃时氟化钙的溶解度为16.3mg/L，折合成氟质量浓度为7.9mg/L。考虑到废水中通常含有一定量的盐类，相应会增大氟化钙的溶解度，氟离子的实际质量浓度一般要高于10mg/L。投加CaCl2需要投加一定量的混凝剂，其产生的絮凝体会吸附微小的晶体CaF2，并使其快速沉降，从而获得较好的除氟效果。

CaCl2价格相对便宜（相对于PAC、除氟剂），一般在进水中氟化物的浓度较大时（大于20mg/L），为降低除氟的药剂成本，才考虑投加CaCl2。

CaCl2一般过量投加，利用同离子效应降低CaF2饱和溶解度，通常CaCl2过量投加比例为50%~200%。

2）PAC

铝盐投加到水中后，利用Al3+与F-的络合以及铝盐水解中间产物和最后生成的Al(OH)3矾花对氟离子的配体交换、物理吸附、卷扫等作用去除水中的氟离子。根据同类型低浓度除氟项目经验及相关研究，欲实现氟化物有效去除PAC投加量：600mg/L~1000mg/L。

3）PAM

PAM是经丙烯酰胺单体（AM）催化聚合后的产品，自身的高相对分子质量和线性分子结构使其具备了吸附、架桥、网捕等专属的性能。因此，PAM多用作混凝沉淀的助凝剂，根据相关试验，PAM与PAC配合投加，其投加浓度范围大致为2~5mg/L。

4）专用除氟剂

专用除氟剂，一般是复合型无机配合物，具有强大的正电荷基团，能快速吸附废水中氟离子形成络合作用，生成新的难溶态的含氟化合物，尤其是加入适合的高分子絮凝剂后，能将细小的非溶解状的絮体物互相粘结成较大形状的絮体，加快沉降速度，使含有氟化物的絮体快速沉降于污泥之中。

5）碳酸钠

碳酸钠主要作用是除钙、降低硬度，根据与上游电子企业对接，“HF处理流程，规划控制CaCl2浓度200ppm左右（目标F控制在20ppm），其他系统不做Ca投加”，同时根据HF在整个废水中的比例（占比约34.6%），则本项目来水中钙离子浓度约25mg/L。

如进水氟化物的浓度较高，按30mg/L，一级沉淀池投加CaCl2将氟化物浓度降低至10mg/L，CaCl2按照50%~200%过量投加，原水钙离子浓度增加值约10.5~42mg/L。考虑进水中原始钙离子浓度约25mg/L，投加CaCl2后，钙离子的范围35.5~67mg/L，后续处理工艺流程受钙离子影响的主要是MBR系统和深度除氟离子树脂系统，经相关研究，上述两个系统对钙离子浓度的耐受成都分别为500mg/L和200mg/L。

在正常条件下进水钙离子浓度约25mg/L，在进水氟离子浓度较高，投加CaCl2的情况，钙离子浓度也可控制在200mg/L以内，可不进行除钙除硬，在应急条件下进水钙离子浓度超过200mg/L工况下才考虑除钙除硬。

6）氢氧化钠、稀硫酸

氢氧化钠、稀硫酸为酸碱调节剂，主要作用是调节PH值，药剂投加后不间断检测加入药剂后的水质pH，确保水质pH保证在6~8之间。

7）重补剂

去除进水的重金属，在混凝沉淀段，铜离子去除过程与氟化物去除协同，对于大多数的重金属如铜、锌、银、镉等，在中性或碱性条件下均可通过投加重补剂，采用化学沉淀法去除。

三、运行工况

本工程选用“预处理两级化学混凝沉淀+深度处理活性物质兜底除氟”组合式除氟工艺。正常工况下，进水钙离子浓度小于200mg/L，不考虑除钙除硬。

（1）投加流程加流意图:

（2）药剂投加位置及投加量

A.一级混凝沉淀池PAC的投加位置为混合池，根据需去除氟化物浓度确定PAC投加量，据相关研究，PAC(Al2O310%)投加量为600mg/L~1000mg/L，本次设计取值800mg/L;

B.在一级反应池1投加碱调节PH值;

C.在一级反应池2设置在线PH计，其检测数值指导在反应1池酸、碱投加量；

D.在絮凝池投加PAM，PAM投加量的依据一级沉淀池絮体沉降性能，通常为2-5mg/L，本项目PAM投加量暂按3mg/L；

E.在一级沉淀池出水设置氟化物检测仪；

F.二级混凝沉淀池，除氟剂、重补剂投加位置为混合池第二段，除氟剂投加量去除氟化物浓度的比值为50:1~100:1；

G.在二级混凝沉淀池反应池1投加酸、碱调节药剂，投加量根据除氟剂、重补剂投加后PH值确定；

H.在二级混凝沉淀池反应池2设置在线PH计，其检测数值，指导在二级反应池1酸、碱的投加量；

I.在絮凝池投加PAM，PAM投加量的依据二级沉淀池絮体沉降性，通常为2-5mg/L，本项目PAM投加量暂按3mg/L计；

J.在沉淀池出水设置氟化物检测仪。

（3）药剂投加影响分析

1）药剂反应时间

据相关研究，几种药剂反应时间大致如下:PAC：5~10min;PAM：10min;重捕剂：10~30min;专用除氟剂：5~20min;pH：5~10min。

一级混凝沉淀池药剂为PAC、PAM及酸碱调节剂，PAC的投加位置为混合池，需要反应时间5~10min，沉淀池混合反应池停留时间30min;在反应池1投加酸液、碱液调节PH值，需要反应时间5~10min,实际停留时间6.5min;在絮凝池投加PAM，需要反应时间10min，絮凝池实际停留时间20min。

二级混凝沉淀池药剂为重补剂、除氟剂、PAM，除氟剂、重补剂的投加位置为混合池第2段，需要反应时间5~10min，沉淀池混合反应池第2段停留时间21min;在反应池1投加酸液、碱液调节PH值，需要反应时间5~10min，实际停留时间6.9min;在絮凝池投加PAM，需要反应时间10min，絮凝池实际停留时间29min。

停留时间满足各种药剂的反应时间。

2）PH影响分析

一级混凝沉淀池药剂为PAC、PAM，一级混合池投加PAC反应后的废水偏酸性，PAM一般在接近中性条件下效果较好，可通过在反应池1投加碱液调节PH值。

二级混凝沉淀池药剂为重补剂、除氟剂、PAM。去除重金属如铜、锌、银、镉等，在中性PH的条件下，即可取的良好的流淀去除效果，PAM一般在接近中性条件下效果较好。因此控制二级混凝沉淀池水质pH保证在7.~8.0之间就能在去除氟化物的同时，同步去除重金属。

由上述可知，PH值不影响同步去除氟化物、重金属的效果。

（4）药剂的投加流程及控制思路

一级混凝沉淀池

1、对系统进水流量、氟化物浓度、水质pH进行检测；

2、根据进水流量和水质氟化物浓度调整加药量；

3、药剂投加后不间断检测加入药剂后的水质pH，确保水质pH保证在6~8之间；

4、不间断对系统出水水质氟化物浓度、水质pH进行检测，判断除氟药剂投加量是否满足要求，若不能满足除氟需求需要进一步调整除氟加药量；

5、根据沉淀池絮体沉降性调整PAM的投加量；

6、在水质不断检测过程中根据系统进水水质不断调整加药量，确保除氟系统能稳定运行。

二级混凝沉淀池

1、对系统进水流量、氟化物浓度、水质pH、钙离子、重金属离子进行检

测;

2、中性PH情况下，可保证对铜、锌、银、等重金属的去除；

3、根据进水流量和水质氟化物、重金属浓度调整加药量；

4、药剂投加后不间断检测加入药剂后的水质pH，确保水质pH保证在7~8之间；

5、不间断对系统出水水质氟化物浓度、水质pH、重金属离子进行检测，判断除氟药剂投加量是否满足要求,若不能满足除氟要求需要进一步调整除氟加药量；

6、根据沉淀池絮体沉降性调整PAM的投加量；

7、在水质不断检测过程中根据系统进水水质不断调整加药量，确保除氟系统能稳定运行。

四、结论

(1)进水水量

进水水量决定了污水处理站水力负荷，运行过程中注意不能超过污水处理系统的最大水力负荷，并且需要在保证出水稳定达标的前天下适当调整进水水量。过程中要定期记录进水水量，校核药剂投加量。

(2)进水水质

运行过程中关注进水水质氟离子、重金属、钙离子等指标，当发现较大异常时，及时调整药剂投加方案，确保出水稳定达标。

(3)工艺操作参数

运行过程中主要关注加入药剂后的水质pH、药剂投加量两个指标，加入药剂后的水质PH，一级混凝沉淀池保证在6.0~8.0之间，二级混凝沉淀池保证在7.0~8.0之间，不满足pH要求时适当投加酸、碱液进行调节，确保达到除氟、除钙、除重金属条件，并保证出水稳定达标。

（4）药剂使用条件

除氟药剂、PAM的最佳反应条件为加入药剂后水质PH在6-8之间，反应时间5min左右即可完全反应，反应时间越长效果越好。除钙除硬，去除重金属控制水质PH值不低于7。

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