300m3／天氟废水处理

高浓度酸性含氟废水处理设计方案二0一0年二月目录TOC\o"1-1"\h\z\u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/L3000~5000氟化物(以F-计)mg/L≤10悬浮物(SS)mg/L1000~1500悬浮物(SS)mg/L≤70pH2~5pH6~9*GB8978－1996《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=1.2×300=360m3/d=15m3/h。三.选择处理方案分析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)2—→CaF2↓＋2H2O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，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pH≥12时出水可溶氟的浓度最低，pH=8~12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2~2.5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20~65°C时，反应时间需50~30min。本方案设定废水温度为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60~70°C时，可比为简化处理工艺，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（Na2OSiO2·xH2O）＋Al2（SO4）3—→n〔SiO2〕YH2O＋Al2（SO4）3mSiO2·2H2O＋3Na2SO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15~20L/m3时，能将含氟3~7g/L废水经二级处理，达到出水含氟量为0.8~1.3mg/L，pH值为7~8，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：氟废水氟废水（过滤反洗排水）提升泵引水器调节池提升泵引水器调节池石灰乳投配装置石灰乳投配装置混合器Ⅰ混合器Ⅰ风机反应槽风机反应槽（上清液）排泥水贮槽澄清槽排泥水贮槽澄清槽吸附絮凝槽净化剂投配装置吸附絮凝槽净化剂投配装置污泥泵Ⅱ污泥泵Ⅰ污泥泵Ⅱ污泥泵Ⅰ脱水剂投配装置混合器Ⅲ脱水剂投脱水剂投配装置混合器Ⅲ脱水剂投配装置混合器Ⅱ板框压滤机Ⅱ板框压滤机Ⅰ板框压滤机Ⅱ板框压滤机Ⅰ（压滤液）干污泥外运处置螺旋输泥机过滤泵集水槽(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过滤器达标排放监督槽（不合格水回流）反洗泵反洗泵五.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，液深2.5m），内壁采用厚度＞3mm的聚丙烯毡＋MFE－2乙烯基酯树脂或聚丙烯毡＋902－为使水质均一，池内垂直安装4个φ310mm、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0.7~0.8Nm3/m3h，耗气量QK1=80m3/h=1.33m3/min，由罗茨风机供风，风压≥30KPa（最大液深＋52.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，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：YSⅢ－40P/65，材质聚丙稀（PP），φ400mm，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：40PVDFB－ZK－15－15(Ⅰ)，流量15m3/h，扬程15m，电机功率2.2Kw，数量2台（1用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，由耐腐蚀塑料管内设置螺旋瓣片组成。断面流速0.8~1.2m/s，混合元件n=6个，管内混合液分割层数：S=2n=26=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：GH65P－6，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0.5~1Nm3/m3min，需气量：QK2=15m3/min。空气搅拌可促使过剩氢氧化钙型号：FC－18P，有效容积为18m3（6m×2.5m×1.5m），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27.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：SCD－200A，φ2000mm，H6000mm，材质碳钢，内壁环氧防腐，数量1台，内置聚丙烯正六角形蜂窝斜管，内切圆直径d=408.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型号：JRC－12A，长4.5m，宽1.5m，高2m（液深1.7m），材质碳钢，内壁环氧防腐，数量1台；附支承台架1座。9.石灰乳投配由反应式：2HF＋CaO＋H2O—→CaF2↓＋2H2O中和1m3氟含量5000g/m3废水需100%CaOGSH1′＝56×5000/40＝7000g/m3＝7Kg/m3商品生石灰纯度α＝70%，需商品生石灰：GSH1＝QSGSH1′/α=15×7/0.7=150Kg中和废水中H+，pH由2中和至8时，需商品生石灰：GSH2=28QS（103-pH＋0.000001）K/（1000α）=28×15×（103-2＋0.000001）/（1000×0.7）=6Kg/h取反应不均匀系数K=1.2，商品生石灰投加量：GSH=K（GSH1＋GSH2）=1.2×（150＋6）=187.2≈190Kg每班配制一次，每班需工业生石灰粉：187.2×8=1497.6≈1500Kg／班，相当于100%CaO：1500×0.7=1050Kg，石灰乳投加浓度4~5%，氧化钙50g/L时重量浓度4.81%石灰乳中CaO含量50g/L时，容积：V=1000×1050/50=21000L=稀释用水量：GXS=21000×1.039－1050=20769Kg≈石灰乳投加流量：QJSH=21000/8=2625L/h≈2.6m.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：JYZX－12A，容积12m3，φ2500mm，H4125mm，材质碳钢，数量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ρ=1039Kg/m3，功率数NP=0.5，搅拌功率：P=NPρN3d5=0.5×1039×2.2673×15=6053W减速机型号：BLD4－11－7.5，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：25UHB－ZK－3－20（Ⅰ），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1.1Kw，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配药、投药箱2台，轮流使用，有效容积1.5m3，材质PE溶药搅拌机选用推进式桨叶，桨径500mm，减速机型号：BLD09－11－0.55，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：BLD09－11－0.75，转速136r/min，电机功率0.75Kw，数量1净化剂最大投加量为20L/m3，最大投加流量为300L/h。计量泵选用美国帕斯菲达产品。型号：DC5C，流量333L/h，压力0.62MPa，电机功率0.55Kw，数量2台。11.脱水剂投配脱水剂选用阴离子聚丙稀酰胺（PAM-），每m3废水产生绝干污泥量（DS）约25Kg（F-：5Kg/m3、SS：1.5Kg/m3、生石灰12.5Kg/m3、净化剂GDS=8×15×25=30按每吨干泥投加脱水絮凝剂2Kg计，每班脱水絮凝剂用量：WTS=2×3000/1000=6Kg投加浓度0.5%，药液重量WTS=6/0.005=1200Kg，密度按1计，每班投加容量VTS=1200L，脱水时间按每班8h计，投加流量QTS=1200/8=1投配设施由溶药箱、溶药搅拌机、投药箱、投加计量泵、管阀件、液位监测、电控按钮箱等组成。溶、投药箱型号：R（J）YSX－1.5P，φ1200mm，H1500mm，材质搅拌机选用推进式桨叶，桨径500mm；减速机型号：BLD09－11－0.55，转速136r/min，电机功率0.55Kw，数量2台。计量泵选用美国帕斯菲达产品。型号：DC4B，流量132L/h，压力1.0MPa，电机功率0.37Kw，数量3台，（2用112.污泥泵Ⅰ废水经二级处理后，水中固形物成为高浊悬浮状态，常规沉淀、过滤工艺不适应对其进行固液分离，本方案采用板框压滤方式对污泥中固形物进行脱水分离。选用容积式压送的转子型螺杆泵，型号G50－Ⅰ，流量7m3/h，出口压力0.5MPa，电机功率4Kw。数量2台（1用113.板框压滤机Ⅰ处理污泥量为总污泥量的一半，每次操作时间3h，每班工作2次，板框过滤能力约2.5KgDS/（m2h），每次处理污泥量：GBWN=GDS/（2×2）=3000/（2×2）=750Kg，过滤面积：A=750/（2.5×3）＝100m选用2台过滤面积60m2液压压紧，机械保压板框式压滤机，单台滤室容积0.89m3，型号BMY60/810－U，外形尺寸：长5960mm，宽1260mm×14.集水槽（池）收集带式压滤机滤出水，型号：FSX－2A，有效容积2m3，长1500mm，宽1500mm，液深1000mm，超高150mm15.过滤泵将废水提升、增压至后续处理设施，选用氟塑料耐腐蚀离心泵，型号：40FSB（L）－15－15，流量15m3/h，扬程15m，电机功率2.2Kw，数量2台（1用16过滤器进一步去除废水中悬浮物和浊度，采用多介质过滤器，型号：DGJ－150A，最大处理量：17.6m3/h，外形尺寸：φ1500，H3470，材质碳钢，内壁环氧防腐，数量2台（1用1备）。内装φ1.2~1.8无烟煤1000Kg，φ0.6~1.2石英砂1900Kg，φ2~3217.监督槽（池）容积满足过滤器一次反洗耗水量，取用15m3，型号：FXC－15A，长4000mm，宽3000mm，液深1250mm18.反洗泵提供过滤器反洗水，选用单级离心泵，型号KQWH100－100，流量100m3/h，扬程12.5m，电机功率5.5Kw，泵体材质HT200（灰铸铁），数量1台19.排泥水贮槽废水中和处理后，浊度高，泥量多，沉淀排泥水量按常规排泥水量的5倍计，取10%，每班排泥总水量：VPN=8×15×0.1=1单个贮槽容量按容纳一班排泥水设置，总容积取15m型号：FZNX－15A，长4.5m，宽3m，倒锥台底，总高1.6m20污泥泵选用容积式压送的转子型螺杆泵，型号G50－Ⅰ，流量7m3/h，出口压力0.5MPa，电机功率4Kw。数量2台（1用121板框压滤机Ⅱ板框处理污泥量为总污泥量的一半，每次操作时间3h，每班工作2次，板框过滤能力约2.5KgDS/（m2h），每次处理污泥量：GBWN=GDS/（2×2）=3000/（2×2）=750Kg，过滤面积：A=750/（2.5×3）＝100选用2台过滤面积60m2液压压紧，机械保压板框式压滤机，单台滤室容积0.89m3，型号BMY60/810－U，外形尺寸：长5960mm，宽1260mm×22.螺旋输泥机供传输脱水污泥用，型号：WLS－260×6－2.2N，主要尺寸：槽内宽260mm，传输长6m，倾角：0°~30°，输送量：转速20r/min时1m3/h，电机功率：2.2Kw，数量：2六.供配电及控制本系统经调试正常投运后基本上能连续运行，废水从提升进入运行的处理设施开始到出合格水能按设定流程进行连续处理。只有少数运行工况的实施要工作人员通过手动切换和调节相应阀门的启闭状态来实现。如投配药、溶药、调整加药量、排泥、污泥脱水等要工作人员在现场操作。系统中分段设置液位、流量、压力、pH值等仪表用于现场监测相关单元装置的运行情况。调节池、加药箱设置液位仪，有超限报警功能，并与相应水泵连锁，以控制水泵的工作状态。系统装机总功率93.81Kw，其中备用容量36.92Kw，连续使用容量0.75Kw，间断使用容量18.85Kw，间断使用系数15％；所有用电负荷均为380V和220V低压用电负荷，处理系统以100%设计能力同时运行时，最大需要用电量为52.49Kw。根据国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052-95）中关于负荷分级的规定，装置所有负荷均为三级负荷。由于用电负荷较少，功率因数由工厂变电间统一补偿，本系统配电设施不另设功率因数补偿装置。设计和供货分界点为本处理系统配电主进线断路器电源进线侧。装机容量明细如下：序号名称单台功率（KW）数量总功率（KW）备注1废水提升泵2.224.4一用一备2石灰乳搅拌机7.5215一用一备3石灰乳投加泵1.122.2一用一备4净化剂搅拌机0.5521.1间断使用5净化剂搅拌机0.7510.75间断使用6净化剂计量泵0.5521.1一用一备7吸附絮凝槽搅拌机0.2530.75连续使用8脱水剂搅拌机0.5521.1间断使用9脱水剂计量泵0.3731.11二用一备10罗茨风机15230一用一备11污泥泵4416二用二备12板框压滤机1.546间断使用13螺旋输泥机2.224.4间断使用14过滤水泵2.224.4一用一备15反洗水泵5.515.5间断使用用电设施由GGD型室内固定式低压配电柜为处理系统增设的低压用电设备提供并控制380V/220V电源，共设置2台，布置在专设的配电控制室内；用电设备现场设置启停控制按钮箱。不属于处理设施系统范围内的其它电气供电，由用户另行安排。在调试和维修时，各运行工况通过就地手动操作控制阀门相应运行工况的变换来实现对各运行工况的调整。现场阀门设备，采用手动控制，七.投资及运行费用估算1.建（构）筑物投资费用估算序号设施名称尺寸（m）数量造价（元/m2）总价（万元）备注1废水调节池长×宽×液深＝7×6×2.51土建设计提供钢砼/防腐（用户自备）2综合工房长×宽×高＝18×6×81土建设计提供砖混（用户自备）2.主要设备材料及投资估算序号名称规格或型号单位数量金额（元）备注单价总价1曝气筒LBQ－310P只4200080002废水引水器YS－40ⅡA/40台111000110003废水提升泵40PVDFB－ZK－15－15(Ⅰ)台25300106004管式混合器GH65P－6台135003500管式混合器GH50P－6台43000120005反应槽FC－18P台138600386006反应槽台架台118400184007风机BK7011台242000840008澄清槽SCD－200A台168000680009澄清槽斜管XG－40m321200240010吸附絮凝槽JRC－12A台1670006700011吸附槽搅拌机台31500450012吸附槽台架台19800980013石灰乳投加套1720007200014净化剂投加套1552005520015脱水剂投加套1435004350016污泥泵G50－Ⅰ台486003440017板框压滤机BMY60/810－U台47500030000018螺旋输泥机WLS－260×6－2.2N台1285002850019集水槽FSX－2A滤泵40FSB（L）－15－15台24830966021过滤器DGJ－150A台2372007440022无烟煤φ1.2~1.8吨21500300023石英砂φ0.6~1.2吨3.8750285024粗砂、卵石φ2~4~8~16~32吨4.4450198025监督槽FXC－15A台1625006250026反洗泵KQWH100－100泥水贮槽FZNX－15A台2327006540028pH控制器DP5000台1150001500029废水流量计LFS－65d5~25m3台160060030石灰乳流量计LFS－32d400~4000L/h台126026031过滤水流量计LFS－65d2~25m3/h台2600120032压力表Y1000~0.6MPa只95045033配电控制柜DDG－Ⅱ台2125002500034电线电缆桥架批11200035系统连接阀门、管道、管件、管架批12500036紧固件、密封件批1600037安装调试4000038总价合计人民币壹佰贰拾叁万贰仟伍佰元整（￥1232500）3.运行费用分析⑴直接费用①.用电（0.6元/Kwh）废水处理用电设备满负荷工作时每小时用电功率N1＝93.8－36.92－18.85＝38.03Kw，间断使用总功率118.85Kw，用电系数按15%