陶瓷工業(yè)廢水的凈化回用工程 胡經(jīng)緯 （沈陽航空工業(yè)學院 安全工程系，遼寧 沈陽 110034） 摘要：采用集成了變速波紡板混凝反應、縱向波紋斜板沉淀分離、自反沖過濾三種單元反應于一體的JS-25型高效陶瓷廢水凈水器處理陶瓷工業(yè)廢水并得以回用，采用WL380-C型螺旋卸料沉降離心機進行陶泥回收，收到了較好的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。對陶瓷廢水高效凈水器提高反應效率、縮短反應時間、改善沉淀污泥分離效果等技術措施進行了分析，并對試運行中出現(xiàn)的問題和改進辦法進行了介紹。關鍵詞：陶瓷；廢水；混凝反應；斜板沉淀；高效凈水器中圖分類號：X703 文獻標識碼：C 文章編號：1000-4602（2001）07-0052-041 工程概況 在生產(chǎn)陶瓷的過程中會產(chǎn)生一部分泥漿廢水，廢水中的懸浮物主要是粒徑<150m的固體顆粒比例很大。由于各陶瓷廠管理水平差異較大，車間布局乃至排水管道、溝渠的坡度、長短不同，造成各廠之總排水口陶瓷廢水落石出的懸浮物濃度普遍為10001104 mg/L左右，淤塞市政管道，污染水體，必須治理。 沈陽陶瓷廠用水量為100104 t/a，以自備深井水源為主。排水量為80104 t/a,其中屬污染較重的陶瓷工業(yè)廢水為20104 t/a，主要污染物為懸浮物，濃度為5001000 mg/L。 針對該廠的廢水水質(zhì)，提出以陶瓷廢水高效凈水器和陶泥螺旋卸料沉降離心機為主體設備的綜合治理方案，除了能夠使污染物得到治理以外，還可以使寶貴的水資源、陶瓷泥漿回用于生產(chǎn)。 經(jīng)與廠方共同確認，進入廢水處理站的的廢水量Q=25m3/h，SS=5001000mg/L。 陶瓷廢水處理流程見圖1。 2 處理機理高效陶瓷廢水凈水器由通常稱之為一無化凈水器的設備發(fā)展而來，依陶瓷廢水的性質(zhì)和特點，其結(jié)構(gòu)尺寸、運行參數(shù)有所變化，但是混凝反應、斜板沉淀和雙層濾池的機理相同。2.1 凈水器的混凝土機理陶瓷軟質(zhì)料以高嶺土為主，經(jīng)石磨機（俗稱水碾子）中碎和濕式球磨機微碎處理后，在水中分散為微米級負電荷膠體。廢水中膠體顆粒雖然作布朗運動，但彼此并不能碰撞、接觸、聚集而沉降，主要原因在于它們帶有同性電荷、膠體微粒間的靜電斥力和水化膜。即使不受這種凝聚穩(wěn)定性的影響，由于固體顆粒在水中的沉降速度遵從斯托克斯定律，大量直徑為25m的固體顆粒的沉降速度也是極其緩慢的。一旦加入絮凝劑電解質(zhì)，壓縮膠體結(jié)構(gòu)的雙電層，就會導致膠粒間相互凝聚脫穩(wěn)，分散污泥形成礬花，粒徑加大到肉眼可見的毫米級，才能大大改善沉降性能。根據(jù)混凝機理，電解質(zhì)的凝聚能務大約與離子價數(shù)的六次方成正比。要達到同樣凝聚效果，1價、2價、3價正離子投加量之經(jīng)約為729：64：1；要使負電荷膠體脫穩(wěn)，所需高價正離子遠比低價正離子有效。只是必須注意，如果三價鋁鹽等高價正離子投加量過多，由于物理化學諸多作用影響，使膠核表面吸附過多正離子，同樣會使膠體帶有同性電荷，需重新穩(wěn)定，從而不能形成易沉降的礬花，影響懸浮物去除效果。 2.2 變速波紋板混凝反應器 常規(guī)混凝反應構(gòu)筑物的反應時間需20min，容積較大，難以實現(xiàn)小型化、設備化。變速波形板反應采用兩兩相對的正弦波形楹約束水流，其加工工藝保證了水流通道貌岸然忽寬忽窄，流速忽急，不斷產(chǎn)生渦流，加強了混凝反應的效果。同時，水在反應器渦流，加強了混凝反應的效果。同時，水在反應器中，由開始流經(jīng)等寬度的波形板所形成的單通道，進而擴大為雙通道，到最后的四通道，使水流平均流速按V00.5V00.25V0規(guī)律變化，此乃使懸浮物顆粒經(jīng)混凝反應所形成的礬花能夠隨首進程逐漸長大而不致破壞的重要技術措施（見圖2）。陶瓷廢水高效凈水器的體積只有常規(guī)混凝反應構(gòu)筑物的25%30%，相對于平面布置的重力流構(gòu)筑物而言，由于采用了壓力流，使之能按立體化、小型化、設備化設計制造，并便于室內(nèi)安裝。沈陽陶瓷廠高效凈水器的處理水量為25m3/h,混凝反應器在正常負荷下停留時間為6min,而通常可以在過負荷20%的工況下即Q=30m3/h下運行，停留時間為5min，出水亦可保證正常。變速混凝反應器制造尺寸為2.25m0.45m2.4m，與斜板沉淀器和自反沖過濾器集成為“一元化”凈水器，十分緊湊。2.3 縱向波紋斜板沉淀器將斜板加式成縱向平直、橫向成正弦波形狀，安裝傾角為60。布水管在下，集水管在上，為逆向流斜板沉淀。通常逆向流動的水流與泥流界面相互紊動有使分離效率降低的弊端，而縱向波紋弧面向兩側(cè)更低處滑動，泥流復合運動的結(jié)果是偏向波紋板兩側(cè)波谷向下流動，進而被收集到斜板組兩側(cè)凹槽下面垂直相對的集泥槽中。布水管居中均勻布水，與污泥各行其道，互不相擾，巧妙地提高了分離效果。集泥槽下的集泥斗設計成左右不對稱而且偏向兩側(cè)的形狀用以接受沉降污泥，從而較大地縮短了排泥管長度，減小了阻力（見圖3）。2.4 自反沖雙層濾池凈水器前端并列四個雙層濾池，由排列有序的進水閥和排污閥操作，布水裝置由穿孔管和多孔布水板兩次勻速,在四個濾池同時順流過濾過程中，可以充分發(fā)揮濾層作用。自反沖過程是關閉需要反沖的濾池進水閥門，在開啟該濾池排污閥門的同時，關閉凈水器的總出水閥門。這樣，其他三個正在順流過濾的濾池底部凈水區(qū)的凈水只能反方向通過反沖濾池，攜帶大量污泥由排污管排出。每格小池反沖洗時間為35min左右，排污管出水清如凈水時即可轉(zhuǎn)換閥門，繼續(xù)沖洗另外的濾池。通常情況下每班反沖一次，反沖過程方、快捷、徹底。利用雙層濾料過濾技術，級配合理的雙層濾料可以大大增加濾層的含污率，減少反沖次數(shù)，提高過濾速度，減小設備體積。用簡單的蝶閥操作可以實現(xiàn)自反沖，使多格濾池實行交替反沖、連續(xù)工作，從而省卻了反沖水箱及反沖泵等配套設備。3 技術對策3.1 絮凝劑用量陶瓷泥漿生產(chǎn)工藝在中碎工序添加了增濃劑，泥漿分散均勻了，廢水卻因此更難民沉降。采用煤杯試驗方法，或者用成型多杯試驗儀器，確定絮凝劑的投加量，是陶瓷廢水處理工藝長期穩(wěn)定運行的重要措施。經(jīng)過篩選測試，確定該廠廢水的聚合氯化鋁投加量在2030mg/L范圍內(nèi)，通?？梢允钩鏊甋S<20mg/L,滿足回用于濕磨工序用水水質(zhì)的要求；如果處理水直接排放，懸浮物指標按遼寧省第二級第三類水域(SS<150mg/L) 標準，聚合氯化鋁按加藥量下限1015mg/L投加即可。需要說明的是試運行期間曾經(jīng)試驗不添加絮凝劑，即便使用凈水器，出水也十分混濁，SS遠遠超過150mg/L，可見陶瓷廢水細微固體顆粒確實具有很強的凝聚穩(wěn)定性和穿透能力。3.2 排氣閥門和視盅陶瓷廢水反應器的波紋板用2mm厚PVC板熱塑成型、焊接制造，水流屬于壓力流，水流通道為折返式垂直向，立式設計，占地面積小。為避免運行中空氣聚集在反應器上部，阻塞水流通道，采取了兩項技術措施：一是陶瓷廢水泵采用液下泵，減少進水管吸入空氣的條件；二是在反應室頂部法蘭蓋水流折返位置高能 有四組視盅和閥門，用以每次設備啟動之前的注水排氣，視盅的設置便于觀察操作。 3.3 取樣閥、注水閥的排泥閥由于反應呂波紋板由2mm厚PVC板焊接制造，兩側(cè)水位差若超過一定高度，波紋板承受不了靜水壓力而開裂破損，因此運行前應該使波紋板反應器內(nèi)外同步充水。檢修時，如果需要放空設備中的水，也需要反應器內(nèi)外各部位同步排水，為此采取三項技術措施： 浮子流量計設置在凈水器出水口之后，水質(zhì)清澈，便于觀察；而且浮子流量計之后的出水管設置高度要求超過凈水器最高點高度，以便設備停機時保持滿水位；在出水干管最高點高DN25取樣管之外，還要求凈水器每次停機的同時打開該閥門，吸入空氣，破壞虹吸。否則，虹吸形成會急劇排出設備中的水，凈水器后部形成較高真空度進而造成反應器塑料波紋板損壞。 在波紋板反應器各水室之間的間隔板上設置了反方向的逆止閥片，由凈水器尾部連出的DN20注水管閥一組，可以逆向向反應器各水室、斜板沉淀器同步注水，并且在達到沉淀池出水水位后，將同時向雙層濾池注水（見圖4）。 如果需要排空凈水器，必須從反應器前幾個水室單獨接出 水排泥閥，與注水閥同步排水。否則，只開注水閥單獨排水，反應器前幾個水室的水被逆止閥片阻斷，PVC波紋板也會遭到損壞。3.4 避免超壓運行陶瓷廢水高效凈水器設計工作壓力0.04MPa，浮子流量計按大于1.5倍工作流量選用40m3/h的規(guī)格設置于出水端，便于觀察浮子位置。但其對設備帶來的超壓危險卻是我們始料不及的，如在試運行階段，操作工人在水泵啟動之后，開啟凈水器出水閥門過快，造成調(diào)節(jié)流量計項端，阻斷水流，造成設備超壓，外殼開裂損壞。對此，首先補充了操作規(guī)程：要求運行人員操作浮子流量計前的出水閥門時應緩慢平穩(wěn)開啟，而且保證處理水量不得超過30m3/h。另外，把反應室前端普通壓力表改為電接點真空壓力計，設定設備運行壓力和真空度上下限值，將電接點控制信號引入液下水泵電控系統(tǒng)，在真空度或者壓力值達到設計值時立即自動停泵，保證安全運行。此項改時減輕了運行人員啟動設備時的顧慮，確保操作安全。4 結(jié)論采用集成變速波紋板混凝反應、縱向波紋斜板沉淀分離、自反沖過濾三種單元反應于一體的JS25型高效陶瓷廢水凈水器處理沈陽陶瓷廠工業(yè)廢水并得以回用，取得了良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。顯然，在新建廠、新建生產(chǎn)線時同步進行配套處理和回用設計，易于做到布局更為合理。