三氧化二钒废水处理设计

摘要：采用氧化还原--中和法处理三氧化二钒废水，还原剂采用FeSO4，中和剂采用石灰乳。处理后水质达到国家废水排放标准。该工艺流程简单，设备效率高，具有较好的环境经济效益。

关键词：氧化还原 中和 沉淀 过滤 污泥处理

前言

　　为了充分利用钒资源，提高公司的经济效益和出口创汇能力，由我院承担设计的攀钢攀宏公司三氧化二钒及高钒铁车间生产线，于1998年7月建成投产。设计年产V₂O₃2500t、高钒铁2000t。在V₂O₃生产过程中，产生大量含钒含铬酸性废水。

1 废水性质及成分

　　由V₂O₃车间沉淀工段排出的酸性废水中含有V⁵⁺：100－120mg／L，Cr⁶⁺：100－250mg／L，Na₂SO₄：42－57g／L，废水的PH值1.8－2.5，温度70－80℃，废水最大流量约为35m³／h。
　　V₂O₃废水处理排水水质执行国家《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中一级排放标准。

2 废水处理工艺

　　目前国内外对含钒含铬酸性废水的处理^[1－2]，一般采用以下两种工艺：其一，主要以回收废水中的钒为目的的离子交换工艺，回收后的母液中，含有大量的铬和硫酸钠等成分，废液需再次处理石则废液排放会对环境造成污染；其二，以处理达标排放为目的的还原、中和工艺。对于还原、中和工艺：德国鲁奇公司采用硫酸亚铁还原一氢氧化钠中和法，德国蒂森公司采用SO₂还原-碳酸钠中和法，意大利艾姆科公司采用硫酸亚铁还原-石灰中和法。
　　结合攀钢生产实际，经综合分析比较，三氧化二钒车间废水处理系统采用硫酸亚铁还原-石灰中和法。V₂O₃废水处理站由调节池、废水泵房、还原槽、中和槽、浓缩沉淀池、过滤器、压滤间、化验室、石灰乳制备系统等部分组成。废水处理工艺流程见图1。

2．1 废水贮存
　　由车间沉淀工段排出的酸性废水，其流量和水质是不均匀的，需经调节池（均化池）调节，废水停留时间约15h。调节池总尺寸为16.5m×4.5m×2.5m，有效容积350m³，共分2格，采用钢筋混凝土结构，池内壁作玻璃钢防腐处理。
2．2 废水的还原
　　还原槽2座，并联运行，还原槽规格：Φ：1200mm、H：1500mm，钢质内衬氯丁橡胶。废水由调节池送入还原槽进行还原处理，还原槽采用中心进水周边出水，每座还原槽内废水停留时间约30min。硫酸亚铁经电动搅拌槽配制成浓度为20％的溶液，重力投加到还原槽，将V⁵⁺还原为小V⁴⁺，Cr⁶⁺还原为Cr³⁺。还原槽设有PH值测量显示器，通过流量调节阀自动控制硫酸亚铁溶液投加量，硫酸亚铁用量约120kg/L。为使还原反应充分进行，还原槽出口废水PH值应控制在2.6－3.1之间，该还原过程的主要反应为：

　　VO²⁺+Fe²⁺+＋2H⁺→VO²⁺+Fe³⁺+H₂O
　　VO²⁺+2Fe²⁺+4H⁺→V³⁺+2Fe³⁺+2H₂O
　　Cr2O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺→2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

2．3 废水的中和
　　中和槽2座，串联运行，每座中和槽内废水停留时间约15min。中和糟规格：Φ：2600mm，H：2500mm，钢质内衬氯丁橡胶。为防止悬浮物沉淀，每座中和槽均设有电动搅拌机。经还原后的废水重力流入1号和2号中和槽，在两个中和槽中投加浓度为10％的石灰乳进行中和反应，使废水中的Cr³⁺生成氢氧化铬沉淀，钒生成难溶性钙盐沉淀，中和槽设有pH值测量显示器，通过流量调节阀自动控制石灰乳投加量。1号中和糟石灰乳投加量约为1600－2500kg/h上，2号中和槽石灰乳投加量约为400－500kg／h。
　　为使废水中的Cr⁶⁺、V⁵⁺能充分去除，保证废水达标排放，借鉴德国有关废水处理经验，V₂O₃废水处理采用石灰乳两段中和工艺，玉号中和糟出口废水PH值控制在7．5－8．5之间，2号中和槽出口废水PH值控制在8－9之间。该中和过程的主要反应为：
　　Cr³⁺＋3OH-→Cr（OH）₃↓
　　Fe³⁺＋3OH-→Fe（OH）₃↓
　　V³⁺＋Ca²⁺＋SO₄^2-+nH₂O→络合物↓
2．4 废水的浓缩沉淀及过滤
　　浓缩沉淀池2座，并联运行，每座尺寸为Φ：9000mm，H：3000mm，浓缩刮泥机NZ－9型2台。经中和后的废水重力流人浓缩沉淀池进行浓缩澄清，废水中的钒、铬和铁的氢氧化物以及硫酸钙等沉淀物被浓缩沉入池底，浓缩沉淀的污泥排人浓缩池下的泥浆槽内，经泥浆泵送至压滤间进行压滤脱水。浓缩沉淀池澄清水送过滤器进行过滤处理，过滤器采用SAF－A型自清洗过滤器，1台，Q＝50m³／h，过滤精度0.1mm。滤后水经检测达到国家有关排放标准后排放。
2．5 污泥处理
　　压滤间内设 XAJZ60／1000型厢式压滤机3台，2用1备，同时预留1台厢式压滤机位置。压滤机每天产泥饼（含水率50％左右）约24t，由于泥饼用；滤液返回浓缩池重新处理。
2．6 石灰乳制备
　　石灰干粉由专用罐车运送至干粉储罐内贮存，通过给料机定量将石灰粉送人石灰浆槽加水制成浓度为20％左右的石灰浆，再用泵将石灰浆提升至石灰乳槽，加水机械搅拌配制成浓度为10％左右的石灰乳，再用泵送至中和槽。石灰用量（以CaO纯度70％计）约为320kg／h。

3 废水处理运行情况

　　V2O3废水处理站自运行以来，基本达到了设计要求，V₂O₃车间废水处理站废水排放水质：pH值、Cr⁶⁺及总钒（V）、悬浮物（SS）均完全满足国家有关废水排放标准，详见表1。

4 结束语

　　硫酸亚铁还原一石灰中和法处理V₂O₃含钒、含铬酸性废水是可行的，其运行效果稳定，出水水质良好。还原、中和反应是V₂O₃废水处理工艺的核心，设计通过pH值自动监测石灰乳、硫酸亚铁投加量自动控制以及石灰乳两段中和等方式，保证了废水水质达标排放。经生产实践证明，该工艺流程简单，设备自动化程度较高，既可有效去除污染物，又能实现废水中钒资源的回收利用，具有良好的环境经济效益。

参考文献：

　　[1] 魏宗华，等．钢铁工业废水治理［M］．北京：中国环境科学出版社，1992．
　　[2]（美）J．W帕特森．工业废水处理技术手册[M]．北京：化学工业出版社，1993．