300m3/天氟废水处理.docx
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1、高浓度酸性含氟废水处理设计方案二0一0年二月目 录一. 概况3二. 方案设计依据3三. 选择处理方案分析3四. 废水处理流程5五. 流程说明6六. 供配电及控制11七. 投资及运行费用估算13八. 工程进度预估16一.概况单晶硅切片用于半导体、集成电路、太阳能电池等电子元器件的制造,在生产过程中的硅片表面准备、腐蚀、抛光以及清洗处理时,会有含氟酸性废水产生。为满足环保要求,需对该类废水进行处理后排放。现我公司提供该类废水处理的初步设计方案,供贵公司对高氟废水处理项目评审时参考。二.方案设计依据由于业主是新办企业,无法提供废水量、废水性质等设计需要的原始资料,为实施“三同时”要求,根据与业主方交
2、流意见,本公司按已往经验,类比同类企业情况,对处理水量和水质条件预设如下:1.废水排放量:300m3/d。2.水质:处 理 前处 理 后*项目单位数据项目单位数据氟化物(以F-计)mg/L30005000氟化物(以F-计)mg/L10悬浮物(SS)mg/L10001500悬浮物(SS)mg/L70pH25pH69* GB89781996污水综合排放标准3.处理能力:考虑生产车间排水量波动变化,处理系统内污泥浓缩时上清液、压滤脱水时滤出液和事故时不合格水的回流等内循环水量,取设计处理能力富裕20%,系统处理能力为:Q=1.2Q0 =1.2300=360m3/d=15m3/h。三.选择处理方案分析
3、单晶硅切片工艺中需使用氢氟酸、硫酸(或磷酸),后续除盐水洗的排放废水成为酸性高浓度含氟废水。氟废水的净化方法很多,有离子交换法、羟基磷灰石(或骨碳)吸附法、活性矾土吸附法、电凝聚法、硫酸铝(明矾)沉淀法、钙盐(石灰)沉淀法等,按工作原理可归纳为沉淀法和吸附法二类。吸附法需消耗再生药剂,常用于低氟水处理;当废水中杂质较多、含氟浓度高、水量较大时,最简单的方法是石灰沉淀法。在氟废水中投加石灰后,就生成氟化钙沉淀:2HF+Ca(OH)2CaF22H2O氟化钙的理论最大溶解度约为8mg/L,氟化钙浓度超过溶解度极限后即产生沉淀物。实际处理中,由于沉淀物形成速率较慢,没有足够长(24h)的接触反应时间,
4、水中氟化浓度不能降至理论极限值。研究表明,pH和钙浓度都能影响石灰沉淀处理过程和效果,在pH=8和pH12时出水可溶氟的浓度最低,pH=812时,由于部分氟化盐的再次溶解,水中氟化物浓度升高,处理效率较低。用大剂量石灰有利于除去氟化物,但使相应的化学药剂费用增加,出水中钙浓度和pH也增高,除去过量钙和调节pH虽可借助出水的最碳酸化,需增加处理设施和运行费用。投加石灰同时,加入磷酸盐(如过磷酸钙、磷酸二氢钠等),则水中氟形成难溶的磷灰石沉淀,过磷酸钙投量需理论投量的22.5倍。采用二级处理,级间进行澄清,可提高处理效率。钙盐沉淀处理工艺过程,包括投加石灰乳、调整pH、固液分离、沉渣脱水等过程。酸
5、性氟废水中和处理的反应速率随反应温度升高而加快,反应温度为2065C时,反应时间需5030min。本方案设定废水温度为20C。首先参加反应的是溶解石灰,然后是析出的固体颗粒石灰,反应是否完全,由pH值测定来控制,酸性废水中和到pH值为8.5时结束。中和反应后悬浮液中硫酸钙和氟化钙的份率与废水中的氢氟酸浓度有关,压滤脱水时间亦随着变化。压滤原废水含5%的氢氟酸悬浮液的时间要比2%的氢氟酸悬浮液的时间多1.5倍。若有条件提高悬浮液的温度,可缩短脱水时间,将悬浮液预热到6070C时,可比20C时减少一半时间。为简化处理工艺,降低成本和扩大吸附剂品种,我公司应用成熟科研成果,采用石灰中和沉淀,活性硅酸
6、凝胶吸附、絮凝的二级净化方法。该法关键技术是将水玻璃和硫酸铝以一定比例加水混合后,产生如下反应:3(Na2OSiO2xH2O)Al2(SO4)3nSiO2YH2OAl2(SO4)3 m SiO22H2O3Na2SO4反应生成具有吸附和絮凝性能的活性硅酸凝胶和含水硅酸盐组成的净化剂,在二级处理时加入到废水中,投加量为1520L/m3时,能将含氟37g/L废水经二级处理,达到出水含氟量为0.81.3mg/L,pH值为78,不需要再对出水pH进行调整处理。此净化方法方法工艺简单,比现有净化方法所需费用低廉。各级最佳投药量,需做试验后确定,并在运行时跟据水质水量变化,随时进行调整。废水中和处理后产生的
7、不溶物呈高浊悬浮状,用常规沉淀过滤方法处理的效率不高,宜采用直接压滤方式进行固液分离。四.废水处理流程处理工艺流程如下示方框图:氟废水(过滤反洗排水)提升泵引水器调节池石灰乳投配装置混合器风机反应槽(上清液)排泥水贮槽澄清槽吸附絮凝槽净化剂投配装置污泥泵污泥泵脱水剂投配装置混合器脱水剂投配装置混合器板框压滤机板框压滤机(压滤液)干污泥外运处置螺旋输泥机过滤泵集水槽(池)过滤器达标排放监督槽(不合格水回流)反洗泵五.流程说明1.调节池供汇集生产车间排水、污泥浓缩槽上清液、压滤机排出液和事故时不合格水,钢砼结构,有效容积按容纳正常流量8h(最大流量6h)排水量设置,容积为100m3(长7m,宽6m
8、,液深2.5m),内壁采用厚度3mm的聚丙烯毡MFE2乙烯基酯树脂或聚丙烯毡902A3二甲苯不饱和聚酯树脂防腐。为使水质均一,池内垂直安装4个310mm、H700mm空气搅拌装置,压缩空气从位于曝气筒内下部进气管上的小孔中喷出,在高速气流带动下,池底废水被吸入,由于密度减少,随气泡上升,在筒内螺旋上升结构的导流作用下,使吸入废水形成喇叭状的旋流向液体表面扩展,达到充分搅拌的目的。搅拌强度0.70.8Nm3/m3h,耗气量QK1=80m3/h=1.33m3/min,由罗茨风机供风,风压30KPa(最大液深5KPa)。2.引水器通过真空引水筒抽吸池内废水,不需设底阀。真空引水装置能实现一次灌水后,
9、任何时侯启动水泵,均能保证正常出水,具有免除检修底阀的麻烦和提供水泵干式安装条件,方便水泵检修的优点。型号:YS40P/65,材质聚丙稀(PP),400mm,H1500mm,数量1台。3.提升泵提升泵选用聚偏氟乙烯(PVDF)的离心式耐腐耐磨砂浆泵,泵体材质为耐磨、耐腐工程塑料,有优异的耐磨性、耐高、低温性和耐腐蚀性,适用于输送含固量在15%以下的流动性较好的酸碱类或溶剂类液体。水泵型号:40PVDFBZK1515(),流量15m3/h,扬程15m,电机功率2.2Kw,数量2台(1用1备)。4.混合器混合器串接在反应槽、澄清槽和板框压滤机的进水管路上,供投加药液与进水实现均匀混合,由耐腐蚀塑料
10、管内设置螺旋瓣片组成。断面流速0.81.2m/s,混合元件n=6个,管内混合液分割层数:S=2n=26=64。加药点设在混合器进口处的环形布药器上,药液和水流通过混合器内瓣片时被成对切割,同时产生涡旋形成反向旋转和交叉流动,在反复分流、汇集的强烈紊动作用下,使水流和药液在短时间内快速均匀混合。型号:GH65P6,材质PP,数量5台。5.反应槽石灰与氢氟酸、硫酸的中和反应接触时间按满足1h最大处理量要求设计。槽内由导流隔板构成多个连通隔室,废水进槽后推流式前行,能有效控制因水流短路引起反应不彻底而造成的可溶性氟化物随水泄漏;隔室内设置多孔管,利用压缩空气搅拌,使反应更加充分和彻底,空气耗量0.5
11、1Nm3/m3min,需气量:QK2=15m3/min。空气搅拌可促使过剩氢氧化钙与空气中二氧化碳反应,生成碳酸钙,有利后级压滤脱水。型号:FC18P,有效容积为18m3(6m2.5m1.5m),材质PP,数量1台,高位平台架空设置。6.风机型号:BK7011,风量20.4m3/min,风压30KPa,电机功率15Kw,数量2台(一用一备)。7.澄清槽通过水力循环澄清分离废水一级中和产生的氟化钙、硫酸钙。由活性泥渣回流、涡流反应、泥渣层接触过滤、斜管沉淀、等功能集合组装构成整体设备。清水上升流速1.6mm/s,泥斗容积2.9m3。型号:SCD200A,2000mm,H6000mm,材质碳钢,内
12、壁环氧防腐,数量1台,内置聚丙烯正六角形蜂窝斜管,内切圆直径d=40mm,斜管数量2m3。8.吸附絮凝槽利用在处理现场制备获得的活性硅酸凝胶和由硅酸单体缩聚产生的活性含水聚硅酸的吸附和絮凝特性,对水中溶解性氟离子及胶体状氟化物吸附架桥后通过后级共沉去除。槽内废水与净化剂的接触反应时间0.75h,采用适应水质、水量变化的机械絮凝槽,由翻腾式反应槽和搅拌机组成,高位设置。反应槽分三个隔室,每个隔室有效容积为3.8m3,每个隔室设置1台框式搅拌机,搅拌转速按11r/min、7.7r/min、4.4r/min依次递减。型号:JRC12A,长4.5m,宽1.5m,高2m(液深1.7m),材质碳钢,内壁环
13、氧防腐,数量1台;附支承台架1座。9.石灰乳投配由反应式:2HFCaOH2OCaF22H2O中和1m3氟含量5000g/m3废水需100%CaO:GSH1565000/407000g/m37Kg/m3商品生石灰纯度70%,需商品生石灰:GSH1QSGSH1/=157/0.7=150Kg/h中和废水中H+,pH由2中和至8时,需商品生石灰:GSH2=28QS(103-pH0.000001)K/(1000)=2815(103-20.000001)/(10000.7)=6Kg/h取反应不均匀系数K=1.2,商品生石灰投加量:GSH=K(GSH1GSH2)=1.2(1506)=187.2190Kg/h
14、每班配制一次,每班需工业生石灰粉:187.28=1497.61500Kg班,相当于100%CaO:15000.7=1050Kg,石灰乳投加浓度45%,氧化钙50g/L时重量浓度4.81%,密度1.039Kg/L。石灰乳中CaO含量50g/L时,容积:V=10001050/50=21000L=21m3稀释用水量:GXS=210001.0391050=20769Kg20800Kg石灰乳投加流量:QJSH=21000/8=2625L/h2.6m3/h.石灰乳投配设施由配药投药箱、石灰乳搅拌机、投加泵、流量计、管阀件、机座、人梯、平台、液位监测、电控按钮箱等组成。投配箱型号:JYZX12A,容积12m
15、3,2500mm,H4125mm,材质碳钢,数量2台。为防止石灰乳的自发凝聚、结块,在贮存过程中必须不断搅拌,使之保持悬浮状态。石灰乳搅拌机选用推进式叶轮,桨径d=1m,转速N=136r/min=2.267r/S,密度=1039Kg/m3,功率数NP=0.5,搅拌功率:P=NPN3d5=0.510392.267315=6053W减速机型号:BLD4117.5,电机功率7.5Kw,数量2台。石灰乳投加计量泵选用耐腐耐磨料浆泵。型号:25UHBZK320(),过流部分财质:高密度聚乙稀(UHMWPE),适用输送含固量在45%的流动性较好的非氧化性酸碱类料浆;流量3m3/h,扬程20m,电机功率1.
16、1Kw,数量2台(1用1备)。10.净化剂投配净化剂选用硅酸钠和硫酸铝的混合液,由溶药箱、混合箱、投加箱、计量泵、管阀件、机座、人梯、平台、液位监测、电控按钮箱等组成,采用机械搅拌溶药和混合。为保证净化剂的活性,需现场配制后即时使用,每班配制2次。溶药箱2台,分别供配制硅酸钠和硫酸铝使用,有效容积1m3,材质PE,搅拌机溶药。配药、投药箱2台,轮流使用,有效容积1.5m3,材质PE,搅拌机混合。溶药搅拌机选用推进式桨叶,桨径500mm,减速机型号:BLD09110.55,转速136r/min,电机功率0.55Kw,数量2台;混合搅拌机选用推进式桨叶,桨径600mm,减速机型号:BLD09110
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