含砷廢水處理工藝設(shè)計實(shí)例

張斐　王欣

摘? ?要：針對含砷廢水，采用物理吸附配合高效除砷納米材料的處理方法，處理效果好且不易造成二次污染，可滿足水質(zhì)、水量的變化，能夠?yàn)槲覈閺U水處理的設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：含砷廢水;吸附;二次污染

冶金、采礦、化工、染料和皮革等行業(yè)在生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生大量含砷的廢水，如不妥善處理，將會對土壤、水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染，影響農(nóng)作物的生長，威脅人類和動物的健康[1]。GB 5749—2006和GB 8978—1996中分別規(guī)定飲用水和排放廢水中砷的質(zhì)量濃度不能超過0.01×10-6和0.5×10-6 kg/m3。

目前，去除水體中砷的方法主要有硫化物沉淀法[2]、鈣—鐵鹽聯(lián)合除砷法[3]、吸附除砷法[4]、離子交換法[5]、微濾法[6]以及除砷劑除砷法[7]等。但硫化物沉淀法和鈣-鐵鹽聯(lián)合除砷法產(chǎn)生的含砷固體廢物中的砷易脫出，造成二次污染。本文主要介紹了采用高效除砷過濾器處理含砷廢水的工程實(shí)例。

1? ? 設(shè)計依據(jù)

（1）進(jìn)水原水中As含量：3～4 mg/L，TDS：4 000～ 6 000 mg/L。

（2）出水As含量排放標(biāo)準(zhǔn)：≤0.4 mg/L;處理水量：20 m3/h。

2? ? 工藝方案說明

工藝流程如圖1所示。

2.1? 一體化綜合池

一體化綜合池由調(diào)節(jié)池、沉淀池、出水池3部分組成。原水先進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)，再由泵加壓抽入到砂濾過濾器中。砂濾過濾器、活性炭過濾器反洗的出水進(jìn)入到沉淀池中，懸浮物在此處進(jìn)行自然沉降，沉淀池出水再次進(jìn)入到調(diào)節(jié)池?；钚蕴窟^濾器的出水進(jìn)入到出水池，在此取水樣進(jìn)行出水監(jiān)測，合格后排入管網(wǎng)，若不合格再次進(jìn)入到高效除砷過濾器。

2.2? 砂濾過濾器

砂濾過濾器以不同顆粒的大小濾料，從上到下、由小而大依次排列。當(dāng)水從上流經(jīng)濾層時，水中部分固體懸浮物質(zhì)進(jìn)入上層濾料形成的微小孔眼，受到吸附和機(jī)械阻留作用被濾料的表面層所截留。同時，這些被截留的懸浮物之間又發(fā)生重疊和架橋等作用，就如同在濾層的表面形成一層薄膜，繼續(xù)過濾水中的懸浮物質(zhì)，這就是所謂濾料表面層的薄膜過濾。這種過濾作用不僅濾層表面有，當(dāng)水進(jìn)入中間濾層也有這種截留作用，為區(qū)別于表面層的過濾，稱為滲透過濾作用。此外，由于濾料彼此之間緊密地排列，水中的懸浮物顆粒流經(jīng)濾料層中彎曲的孔道時，就有更多的機(jī)會和時間與濾料表面相互碰撞和接觸，于是，水中的懸浮物在濾料的顆粒表面與凝絮體相互黏附，從而發(fā)生接觸混凝過濾過程。砂濾過濾具有技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、投資規(guī)模小等優(yōu)點(diǎn)。砂濾需要反洗，反洗出水進(jìn)入一體化池中的沉淀池。

2.3? 高效除砷過濾器

高效除砷過濾器內(nèi)裝有新型特種高效除砷納米材料。當(dāng)水從上流經(jīng)濾層時，水中部分的砷受到吸附作用被濾料吸附。該種濾料優(yōu)點(diǎn)是吸附容量大，一年僅需要1～2次再生修復(fù)，每次再生水量為10 t左右，由于現(xiàn)場空間有限，不建議對再生水設(shè)計深度處理，再生產(chǎn)生的廢水應(yīng)直接由廢液處理公司回收。

2.4? 活性炭過濾

活性炭過濾器是一種較常用的水處理設(shè)備，內(nèi)部填充活性炭，作為水處理脫鹽系統(tǒng)的前處理，能夠吸附前級過濾中無法去除的余氯，可有效保證后級設(shè)備的使用壽命，提高出水水質(zhì)，防止污染，特別是防止后級反滲透膜等的游離態(tài)余氧中毒污染;同時，還吸附從前級泄漏過來的小分子有機(jī)物等污染性物質(zhì)，對水中異味、膠體及色素、重金屬離子等有較明顯的吸附去除作用。

3? ? 系統(tǒng)組成說明

3.1? 一體化綜合池

（1）數(shù)量：1臺。

（2）材質(zhì)：碳鋼（玻璃鋼防腐）。

（3）規(guī)格：50 m3。

（4）調(diào)節(jié)池提升泵：Q=30 m3/h，H=30 m，數(shù)量為2臺（1用1備）。

（5）沉淀池自吸式排泥泵：Q=8 m3/h，H=10 m，數(shù)量為2臺（1備1用）。

（6）反洗泵：規(guī)格：Q=25 m3/h，H=12 m，數(shù)量為2臺（1用1備）。

（7）回流泵：Q=30 m3/h，H=30 m，數(shù)量為2臺（1用1備）。

3.2? 砂濾過濾器

3.2.1? 本體設(shè)計

（1）數(shù)量：1臺。

（2）材質(zhì)：碳鋼（玻璃鋼防腐）。

（3）規(guī)格：￠1 800 mm，直邊高度1 800 mm。

（4）填料：采用粒徑為￠4～￠32 mm的卵石作為支撐層，采用粒徑為￠0.8～￠4 mm的石英砂作為濾料。

（5）附件：壓力表、管路、閥門等。

3.2.2? 系統(tǒng)工藝及反洗裝置

運(yùn)行時，單臺設(shè)備出力30 m3/h，運(yùn)行流速12 m/h。當(dāng)進(jìn)出口壓差達(dá)到一定值或出水濁度升高時，系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，反洗時間大約為15 min。反洗時，開啟反洗泵，通過壓縮空氣輔佐進(jìn)行反沖洗，反洗水強(qiáng)度為10 L/（m2·s），壓縮空氣強(qiáng)度為10 L/（m2·s），反沖洗時間15 min，分3個階段進(jìn)行，氣水合洗、氣洗、水洗，時間各5 min。

3.3? 高效除砷過濾器

3.3.1? 本體設(shè)計

（1）數(shù)量：2臺。

（2）材質(zhì)：碳鋼（玻璃鋼防腐）。

（3）規(guī)格：￠1 800 mm，直邊高度2 400 mm。

（4）填料：采用高效除砷濾料。

（5）附件：壓力表、管路、閥門等。

（6）配套設(shè)備：修復(fù)再生加藥裝置一套。

3.3.2? 系統(tǒng)工藝及反洗裝置

兩臺過濾器為串聯(lián)。運(yùn)行時，單臺設(shè)備出力為30 m3/h，運(yùn)行流速12 m/h;當(dāng)吸附飽和時，需要進(jìn)行再生修復(fù)。

3.4? 活性碳過濾器本體設(shè)計

數(shù)量：1臺。材質(zhì)：碳鋼（玻璃鋼防腐）。規(guī)格：￠1 800 mm，直邊高度1 800 mm。填料：采用粒徑為￠4～￠32 mm的卵石作為支撐層，采用粒徑為￠1～￠4 mm的石英砂、10～40目活性炭作為濾料。附件有壓力表、溫度表、管路、閥門等。其中，系統(tǒng)工藝及反洗裝置運(yùn)行時，單臺設(shè)備出力為30 m3/h，運(yùn)行流速是12 m/h。當(dāng)進(jìn)出口壓差達(dá)到一定值或出水濁度升高時，系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，反洗時間大約為15 min。

3.5? 在線監(jiān)測儀表

為監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀況并輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一定條件下的自動運(yùn)行，在系統(tǒng)中相應(yīng)的控制點(diǎn)設(shè)計配備了相關(guān)的現(xiàn)場在線檢測與控制儀表。為使所有現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)均能通過可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）集中處理，現(xiàn)場監(jiān)測儀表部分輸出4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號。

監(jiān)測儀表：（1）液位計（安裝于調(diào)節(jié)池）1個;（2）電磁流量計（安裝于進(jìn)水管路）1個;（3）pH在線監(jiān)測儀1個（安裝于吸附反應(yīng)池）。

3.6? 電氣控制系統(tǒng)

系統(tǒng)自動控制選用PLC程序控制器實(shí)現(xiàn)自動與手動結(jié)合的運(yùn)行控制模式，對于現(xiàn)場在線檢測儀表采集的標(biāo)準(zhǔn)信號予以集中處理，并輸出控制信號及報警信號，當(dāng)系統(tǒng)供水不足、進(jìn)膜壓力超標(biāo)時系統(tǒng)均可自動報警。費(fèi)用估算如表1所示。

4? ? 結(jié)語

含砷廢水是一類較難處理的工業(yè)廢水。采用物理吸附配合高效除砷納米材料處理含砷廢水，處理效果好，且不易脫出。在保證處理效果的同時，能耗及運(yùn)行成本都較低，運(yùn)行操作管理簡單可靠，能夠?yàn)楹閺U水處理的設(shè)計提供借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

[1]宣昭林，劉? 戎，李艷杰.砷化物及其毒性[J].中國地方病防治雜志，2004，19（3）：162-163.

[2]鄭雅杰，崔? 濤，彭映林.二段脫銅液還原結(jié)晶法脫砷新工藝[J].中國有色金屬學(xué)報，2012，22（7）：2 103-2 108.

[3]王小平，周振聯(lián).鐵鹽法除砷中和渣的資源化制磚[J].環(huán)境工程，2003，21（5）：46-48.

[4]歐陽通.稀土材料氫氧化鈰吸附水中亞砷酸與砷酸陰離子的特性效果[J].環(huán)境科學(xué)，2004，25（6）：43-47.

[5]姜? 浩，廖立兵，王素萍.低聚合羥基鐵離子—蒙脫石復(fù)合體吸附砷的實(shí)驗(yàn)研究[J].2002，31（6）：593-601.

[6]吳水波.混凝—微濾工藝的飲用水除砷研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[7]樊榮濤，閆惠珍，岳銀玲，等.改進(jìn)型除砷劑的研究[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)，2005，15（9）：1 128-1 129.