粘膠纖維工業酸性廢水物化處理工藝探索
摘要：粘膠纖維工業酸性廢水物化處理工藝主要是控制好鐵鋁復合比例、鐵鋁復合除鋅劑和絮凝劑的加入比例和終點PH 的控制，以及保證足夠的沉淀時間。將過去傳統的“物化+ 生化”二級處理工藝，創新改造為一級物化處理工藝實現達標排放；粘膠長絲生產系統實現30%的污水處理后回用。
關鍵詞：粘膠纖維,工業酸性廢水,物化處理
前言
宜賓絲麗雅集團海絲特公司污水處理系統始建于2002 年8 月，由北京潔佳杰有限公司設計承建，2003 年7 月正式投用，設計的工藝路線是按照粘膠纖維工業酸性廢水傳統處理工藝“物化+生化”過程實現，日處理酸性廢水能力2.5 萬噸。特征污染物有：pH、COD、SS、Zn2+、S2-。廢水的排放采用《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準，即：pH6～9、COD≤ 100mg/l、SS≤70mg/l、S2-≤1mg/l、Zn2+≤2mg/l。工程設計采用的工藝路線（稱為舊工藝）如圖1 所示。
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污水處理系統自投用來存在與實際運行工藝不相符的情況，主要是：① 石灰消解系統不合理；② 污泥處理系統不合理； ③ 生化處理系統不能滿足要求，若要使用，其運行維護費用較高，生化池實際已棄用。污水處理系統經創新改進治理工藝（新工藝） 后與舊工藝的最大區別是：將過去傳統的“物化+ 生化”二級處理工藝改造為一級物化處理工藝。
1 物化處理粘膠纖維工業酸性廢水技術方案
1.1原理
本技術的物化處理主要指采用多種物理和化學方法進行處理。物理方法，如利用物理的機械方法處理，主要采用重力分離過濾、曝氣、吸附等方法。化學方法，主要采用廢水中所含的溶解質或膠體物質與其他物質發生化學反應，而從廢水分離出去。本技術主要采用了中和法、沉淀法、化學絮凝法（混凝法）。
1.1.1 沉淀法，是利用沉淀反應使廢水中的有害物質如Zn2SO4轉化為沉淀而與水分離。加入石灰乳將鋅離子轉化為氫氧化鋅沉淀（其溶度積為Ks=1.2×10-17）。在中和池加入來至廢氣吸收系統的Na2S，進一步將酸性廢水中的鋅離子轉化為溶度積小的ZnS沉淀（其溶度積為Ks=2.93×10-25）。使Zn2+沉淀較完全。其化學式如下所示：
Zn2SO4+ Na2S = Na2SO4+ ZnS↓
ZnSO4+ Ca(OH)2 = CaSO4 + Zn(OH)2↓
1.1.2 化學絮凝法，又稱混凝法，此法是通過加凝聚劑破壞膠體的穩定性，使膠體粒子發生凝聚，產生絮凝物，并產生吸附作用，將廢水中污染物、懸浮物吸附在一起，然后經沉降而與水分離。
1.1.2.1 在均質池出口增加了鐵鋁復合除鋅劑（硫酸亞鐵和硫酸鋁按一定比例混和物） 的投加工藝，其目的是除去酸性廢水中的鋅離子。
1.1.2.2 在中和池增加了3 號絮凝劑（分子量800 萬的聚丙烯酰胺即PAM） 的投加工藝，其目的是絮凝作用，對除去酸性廢水中的鋅離子、懸浮物SS和化學需氧量COD有較好作用。
1.1.2.3 并將原有廢棄的曝氣生物濾池作為二沉池，在一沉池對水中懸浮物去除后，以繼續沉降處理COD 和SS，以實現處理酸性廢水達到國家一級標準排放。
創新改進后的處理工藝，處理設施功能獨立，處理效果良好，形成了以下工藝流程（見圖3）：
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該工藝的主要特點是采用新技術、改革舊工藝。如：
“二次石灰乳的投加，鐵鋁復合除鋅劑的投加，硫化鈉的投加，絮凝劑的投加，二次沉淀”的工藝，是本工藝的主要特點。因為，酸性廢水進入均質池后，水中主要含有懸浮顆粒物、膠體粒子、石灰處理產生的固體顆粒等共同形成穩定的水溶膠。
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根據膠體化學理論，鐵系無機混凝劑適用于pH4～11 穩定的膠體懸浮液混凝，鋁系無機混凝劑適用于pH6 以下或pH8 以上穩定的膠體懸浮液混凝，原因是硫酸鋁在這個范圍內的水解產物帶正電或負電。其水解物主要形態為pH＜4：[Al(OH)n]3+. n=6～10；4＜pH＜6：[Al6 (OH)15]3+，[Al7 (OH)17]4+，[Al8(OH)20]4+，[Al13(OH)34]5+；6＜ pH＜8：[Al (OH)3]；pH＜8：[Al2(OH)4]-， [Al8(OH)26]2-。因此，經硫酸亞鐵FeSO4· 7H2O 和硫酸鋁Al2(SO4)3·xH2O 按一定比例復合的除鋅劑加入點，選擇在均質池后中和池前。經前幾道工序處理后，此時的酸性廢水形成穩定膠體懸浮液的pH 值在3.5 左右，并在中和池中由pH3.5 逐漸中和至pH7.6 以上（見圖2）。含有Zn(OH)2 和 ZnS 沉淀的酸性廢水在鐵鋁復合除鋅劑的雙電層壓縮、電荷中和、沉淀網捕作用下，使含鋅膠體懸浮液完全脫穩，形成微絮體使沉淀物凝聚，完成混凝。化學式：
Al2(SO4)3+3Ca(OH)2=2Al(OH)3↓
2Al3++6OH-=2Al(OH)3↓
FeSO4+Ca(OH)2=Fe(OH)2↓+CaSO4
Fe2++2OH- =Fe(OH)2↓
在中和池的出口使酸性廢水的pH 值調至7.6～8.8，并在此點再加入PAM 絮凝劑，卷曲線狀高分子的PAM 通過橋架絮凝、卷掃作用完成絮凝。使酸性廢水的微絮體形成大絮體，最后使酸性廢水中懸浮物快速沉降形成污泥漿，Zn2+ 隨污泥漿干化處理后從水體中去除，而使水質達到國家一級排放標準。在整個工藝中，沒有新增環境污染因子，水處理藥劑均為無毒無害，且可以通過完全沉淀干化為污泥而去除。
綜上所述，粘膠纖維工業酸性廢水治理工藝基本原理：酸性廢水由石灰乳液處理1#、2#、3# 單體再經過機械格柵除渣后，在均質池形成水液溶膠體、懸浮物和可容物的分散體，而膠體含有的鋅離子、硫化物等有害物，在隨后的工序中，膠體在混凝機理的共同作用下使膠體脫穩；即雙電層壓縮機理、電荷中和機理、沉淀網捕機理、吸附橋架機理。同時，根據絮凝動力學原理，借助曝氣使膠體顆粒碰撞后凝聚。通過化學反應產生沉淀物，經膠體脫穩分層分離使酸性廢水達到國家一級標排放標準。由于膠體處于懸浮物SS 和可容物DS 間，傳統的一級物化處理工藝處理難度大、費用高，這就是利用一級物化處理工藝對鋅離子去除的難點。可溶物由陰離子、陽離子、分子和小的膠體顆粒組成。
1.2工藝流程
根據以上原理，設計出用物化處理方法治理酸性廢水工藝流程見圖3。
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原有的酸性廢水處理系統不能達到國家一級水質標準，其主要原因除了粘膠長絲生產規模擴大,而廢水處理裝置能力沒有相應擴大,需要處理水量超過設計處理量的數倍,使處理效果達不到外,同時，舊工藝鋅離子沉淀的最佳pH 值范圍較窄,石灰乳投加量不易控制，工藝不穩定，鋅離子沉淀不完全,使出水鋅離子超標;酸性廢水與堿性廢水混合時,纖維素在酸性條件下析出,形成輕質纖維素纖維成為絮狀懸浮物，同時也是COD 主要來源，由于受舊工藝只有一次沉淀池沉淀效率的限制,出水 COD 容易超標。
流程簡述：
① 1#、2#、3# 單體：1#、2#、3# 單體均為鋼筋混凝土池，由于大生產酸性廢水含有較多懸浮物，在酸性廢水進入污水處理場時，采用格柵攔截較大懸浮物，便于后序處理。1#、2#、3# 單體加裝粗、中、細格柵，對厘米級雜質截留去除；同時，投加石灰乳調節酸水的pH 值為 2.0～3.5，即滿足均質池吹脫硫化氫、二硫化碳的目的，為一級提升泵提供泵前保護的作用。
② 均質池（曝氣調節池）：通過曝氣攪拌使酸性廢水和堿性廢水均勻混合。同時，通過曝氣過程吹脫大量的硫化氫、二硫化碳氣體；并在均質池末端出口投加鐵鋁復合除鋅劑。
③ 中和池：采用加石灰乳來中和調節攪拌均勻后的酸性廢水pH，同時加入硫化鈉。通過對pH 的控制調節，將酸性廢水中的Zn2+ 析出、混凝，同時生成的 CaSO4也有一定的混凝作用，可混凝酸性廢水中剩余的有機懸浮物，進一步降低 COD 和SS。使投加絮凝劑PAM的作用效果更明顯。
④ 一沉池、二沉池：讓來自中和池的已中和混凝的酸性廢水，充分反應，水體中的絮狀物逐漸增多、長大，通過自然沉降，水體逐漸分層，上層為清水，下層為污泥漿，下層泥漿通過刮泥機和污泥泵送入壓濾機房進行干化處理。上層為清水，則通過上清液溢流達到國家一級排放標準的水。假如，一沉池上清液溢流不達國家一級標準水質，還可經過二沉池再一次調整工藝后靜置沉淀，以實現處理的酸性廢水達到國家一級標準排放。
2 技術特點與效益評價
2.1技術特點
該技術將過去傳統的“物化+ 生化” 二級處理工藝，改造為一級物化處理工藝實現達標排放；在均質池的出水端投加鐵鋁復合除鋅劑處理廢水Zn2+ 離子和在中和池投加絮凝劑PAM 增強除Zn2+ 離子效果顯著；一沉池沉淀后的出水再進入二沉池進行再沉降處理，保障整個酸性廢水處理系統全面達到國家一級排放標準排放的關鍵。
2.2效益評價
通過該技術的實施，實現了直接經濟效益404.72 萬元/ 年，保證了粘膠纖維酸性廢水中特征污染物的達到國家一級標準排放，維持環境生態平衡，保護水生生態環境，同時完成了省市政府下達的限期治理任務，極大地提升了公司環保治理技術水平。
3 結論
該技術采用物化處理工藝使酸性廢水達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準。同時，使得整個運行維護費用大幅降低，工藝過程及操作簡單實施容易。該技術有效地找到了處理技術與經濟效益的平衡點。使處理后的水，一部分回用于酸性廢水處理系統石灰消解用水,實現水處理的閉路循環利用；一部分水用于清潔用水、綠化用水等，同時，為以后粘膠纖維酸性廢水的資源化應用奠定基礎。為粘膠纖維工業的生存和發展拓展了更大的空間。
參考文獻
[1]馮敏編. 現代水處理技術化學工業出版社，2008年7月
[2][比]D.Xanthoulis 等著.低成本污水處理教程，王成端譯校，化學工業出版社， 2008年7月
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