1.生產(chǎn)及廢水來(lái)源

某化工廠(chǎng)年產(chǎn)三鹽基硫酸1500t,二鹽基亞磷酸鉛500t。

主要來(lái)源:地面與設(shè)備的沖洗水、事故廢水。

廢水水質(zhì)水量:溶解態(tài)鉛20～100mg/L；懸浮態(tài)鉛200～800mg/L；pH值7～8；廢水產(chǎn)生量24m3/d。

2.處理工藝選擇

首先對(duì)含鉛廢水處理方法進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)查或?qū)嶒?yàn)。

常用的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法等。離子交換法可回收硝酸鉛溶液,但控制要求高,容易出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；化學(xué)沉淀法工藝簡(jiǎn)單,容易控制,經(jīng)選擇適當(dāng)?shù)某恋韯?可以穩(wěn)定地達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（表2-23）。因此本項(xiàng)目選擇化學(xué)沉淀法。

表2-23　幾種含鉛廢水處理方法對(duì)比

如表2-24所示,碳酸鉛的溶解度低于排放標(biāo)準(zhǔn)（1mg/L）,但其沉淀為細(xì)粉狀,沉降速度慢,微細(xì)的沉淀物易堵塞過(guò)濾介質(zhì),造成尾水中含鉛濃度的不穩(wěn)定。氫氧化鉛溶解度較大,不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。硫化鉛的溶解度極小,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有問(wèn)題,但其沉淀物為黑色,本企業(yè)無(wú)法再利用；同時(shí),硫化鉛的加入量難以控制,一旦過(guò)量,廢水中將增加硫化物這一污染因子。堿式碳酸鉛溶解度小,在嚴(yán)格控制的條件下,生成的沉淀物為白色大片絮狀,沉降速度快。所以本項(xiàng)目選擇堿式碳酸鉛沉淀法。

表2-24　幾種鉛化合物溶解度

3.堿式碳酸鉛沉淀法原理及工藝簡(jiǎn)述

在堿性條件下,廢水中的鉛與碳酸鈉反應(yīng)生成溶解度極小的白色絮狀堿式碳酸鉛沉淀,經(jīng)PE微孔管過(guò)濾器固液分離后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。沉淀反應(yīng)式如下:

根據(jù)廢水水質(zhì)水量和選定的處理方法,畫(huà)出處理工藝框圖（圖2-12）。

圖2-12　含鉛廢水處理工藝框圖

工藝簡(jiǎn)述:廢水經(jīng)排水溝匯集于水池,用泵送入PE微孔管過(guò)濾器機(jī)械過(guò)濾,過(guò)濾后的水送入反應(yīng)罐,加氫氧化鈉液調(diào)節(jié)pH值后再加入碳酸鈉液,生成白色絮狀堿式碳酸鉛沉淀；靜置后,再經(jīng)微孔管過(guò)濾器進(jìn)行絮凝過(guò)濾,處理后廢水經(jīng)送車(chē)間回用作沖洗水或排放。兩過(guò)濾器采用壓縮空氣反吹脫除濾渣,濾渣可回用。

裝置投入運(yùn)行以來(lái),處理效果良好,裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2-25,工藝控制條件見(jiàn)表2-26,不同進(jìn)水濃度處理后水質(zhì)見(jiàn)表2-27。

表2-25　裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表2-26　工藝控制條件

表2-27　不同進(jìn)水濃度處理后水質(zhì)

4.主要設(shè)備選型

（1）廢水池

廢水來(lái)源于車(chē)間設(shè)備地面沖洗水,平均每天約為24m3。廢水池作用是匯集廢水。全部廢水都在兩個(gè)班處理完,因此廢水池容積應(yīng)至少可容納一個(gè)班的廢水量。據(jù)此,廢水池設(shè)計(jì)有效容積V1為

V1＝24/3＝8（m3）

建設(shè)場(chǎng)地原有一有效容積為11.5m3廢水池,可滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)需要。

（2）機(jī)械過(guò)濾器和沉淀過(guò)濾器

廢水集中在兩個(gè)班處理,即理論處理能力Q0′要求為

Q0′＝24/（8×2）＝1.5（m3/h）

工程裕量取0.3（也可取其他數(shù)值）,即設(shè)計(jì)處理能力Q0為

Q0＝（1＋0.3）×1.5＝1.95（m3/h）

在此處取設(shè)計(jì)處理能力為2m3/h。

由于鉛鹽總濃度較低,沉淀較細(xì)小,若采用板框壓濾機(jī)易穿透,造成廢水超標(biāo),所以選擇孔徑可調(diào)的PE微孔管過(guò)濾器。經(jīng)單管實(shí)驗(yàn),選取平均孔徑為20～35μm的PE微孔管。查其產(chǎn)品樣本,選DJ—5B型微孔管過(guò)濾器,過(guò)濾面積為5m2,處理量為2.5m3/h,外殼材料為不銹鋼。為了方便利用鉛渣,選擇干出渣型過(guò)濾器。沉淀過(guò)濾器采用同一型號(hào)規(guī)格。

（3）過(guò)濾泵

泵流量Q1的選擇,分連續(xù)和間斷工作兩種情況。如果選用連續(xù)工作流程,泵流量大于設(shè)計(jì)處理能力即可,間斷工作流程則情況比較復(fù)雜,需分別進(jìn)行計(jì)算。

揚(yáng)程H應(yīng)滿(mǎn)足過(guò)濾器工作壓力、泵后提升高度和管道局部阻力。

過(guò)濾器工作壓力:單管實(shí)驗(yàn)中,測(cè)得在本廢水SS濃度下,過(guò)濾器工作壓力不大于0.15mPa,相當(dāng)于揚(yáng)程為15m。

泵后提升高度:2.2m。

管道局部阻力:為防止SS堵塞,泵前后管道均選用較大直徑,管道局部阻力很小,以前面兩項(xiàng)之和的15%計(jì)。

泵所需理論揚(yáng)程H′為

H′＝（1＋0.15）×（15＋2.2）＝19.78（m）

取工程裕量為0.2,即實(shí)際泵揚(yáng)程H為

H＝（1＋0.2）×19.78＝23.73（m）

根據(jù)計(jì)算所得泵的揚(yáng)程和產(chǎn)品樣板,初選泵流量為3.6m3/h,根據(jù)后面反應(yīng)罐的計(jì)算,最后確定泵流量Q1。

（4）反應(yīng)罐容積V

根據(jù)實(shí)驗(yàn),沉淀反應(yīng)時(shí)間t1為20min；留工作準(zhǔn)備及加藥劑時(shí)間t2為10min。物料輸送時(shí)間為t3,按所選泵流量,t3為

t3＝V/Q1＝V/3.6＝0.28V

可列出下列兩式

T＝t1＋t2＋t3

V＝Q0T

將已知各項(xiàng)代入上式,有

T＝1/3＋1/6＋0.28V

V＝2T

解得

V＝2.27（m3）

即反應(yīng)罐有效容積V為2.27m3,裝料系數(shù)取0.8,則反應(yīng)罐設(shè)計(jì)容積V′為

V′＝2.27/0.8＝2.84（m3）

（5）泵選型

按流量不小于3.6m3/h、揚(yáng)程不小于24m、耐腐蝕的要求查產(chǎn)品樣本選型。

（6）液堿、純堿液用量及儲(chǔ)罐容積計(jì)算

儲(chǔ)罐類(lèi)容器按使用目的的不同可分為計(jì)量、回流、中間周轉(zhuǎn)、緩沖、混合等工藝容器。儲(chǔ)罐類(lèi)容器的選型和設(shè)計(jì)一般程序?yàn)?

①匯集工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包含物料衡算和熱量衡算,儲(chǔ)存物料的溫度、壓力,最大使用壓力、最高使用溫度、最低使用溫度,腐蝕性、毒性、蒸氣壓、進(jìn)出量、儲(chǔ)罐的工藝方案等。

②選擇容器材料。

③容器形式的選用。盡量選擇已標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品,根據(jù)工藝要求、安裝場(chǎng)地的大小,選擇臥式或立式、球罐、拱頂罐或浮頂罐等。

④容積計(jì)算。儲(chǔ)罐工藝設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)的核心就是容積計(jì)算,應(yīng)根據(jù)容器的用途、物料周轉(zhuǎn)時(shí)間等確定。

⑤確定儲(chǔ)罐基本尺寸。按照容積要求、物料密度、確定的容器器型進(jìn)行計(jì)算,并校核是否滿(mǎn)足安裝場(chǎng)地的要求；若有問(wèn)題,應(yīng)重新調(diào)整,直到大體滿(mǎn)意。

⑥選擇標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)各類(lèi)容器有通用設(shè)計(jì)圖系列。依照計(jì)算初步確定它的直徑、長(zhǎng)度和容積,在有關(guān)手冊(cè)中查出與之符合或基本相符的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。

⑦開(kāi)口和支座在選擇標(biāo)準(zhǔn)圖紙之后,要設(shè)計(jì)并核對(duì)設(shè)備的管口。

⑧繪制設(shè)備草圖（條件圖）,標(biāo)注尺寸,提出設(shè)計(jì)條件和訂貨要求。

本項(xiàng)目堿液用量包括兩部分:廢水調(diào)pH值消耗和生成堿式碳酸鉛消耗；純堿液僅用于生成堿式碳酸鉛。

根據(jù)廢水所調(diào)pH值和沉淀反應(yīng)式,計(jì)算得液堿、純堿液消耗見(jiàn)表2-28。

表2-28　液堿、純堿液消耗

計(jì)算結(jié)果表明氫氧化鈉和碳酸鈉消耗都很少,但液堿是用槽車(chē)運(yùn)輸?shù)?因此液堿儲(chǔ)罐容積必須大于槽車(chē)容積。

以1t槽車(chē)運(yùn)輸計(jì)算,30%液堿密度為1.3t/m3,裝料系數(shù)取0.8,所需儲(chǔ)罐容積Vj為

Vj＝1/（1.3×0.8）＝0.96（m3）

實(shí)際尺寸為1500mm×1000mm×800mm＝1.2（m3）。

碳酸鈉是固體,不存在運(yùn)輸限制問(wèn)題,但為了設(shè)備制造方便及設(shè)備布置美觀(guān),碳酸鈉溶液儲(chǔ)罐取與液堿儲(chǔ)罐相同的規(guī)格。

兩儲(chǔ)罐上裝輸料液下泵。碳酸鈉溶液儲(chǔ)罐輸料液下泵還兼有配料時(shí)循環(huán)打料加速溶解碳酸鈉的作用。

（7）設(shè)備材料選擇

根據(jù)本項(xiàng)目廢水水質(zhì),查枟腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊(cè)枠,過(guò)濾器和液堿儲(chǔ)罐均可用碳鋼制造但為了確?；厥瘴锪系馁|(zhì)量,過(guò)濾器材質(zhì)仍選擇不銹鋼。

設(shè)備選型結(jié)果列于表2-29。

表2-29　主要設(shè)備及構(gòu)筑物