电石制乙炔废水除磷工程实例

郁亚磊,武 奇,卢亚伟

(1 芜湖中政国环安全技术有限公司，安徽 芜湖 241000；2 安徽格临检测有限公司，安徽 芜湖 241000)

某化工厂电石制乙炔过程中电石与发生器内水反应生成粗乙炔气体由发生器顶部逸出，粗乙炔气，先经冷却塔(与洁净水直接接触产生冷却废水)冷却，在经清净塔与含有效氯0.07%～0.12%的次氯酸钠溶液直接接触(次钠废水)，使粗乙炔气中的磷质脱除。产生的含磷废水，根据当地环保要求，总磷浓度小于1 mg/L，所以实施废水除磷工程项目。通过对含磷废水进行铝盐除磷剂试验、铁盐除磷剂常规除磷剂试验，处理效果较差，通过试验发现对废水预处理后除磷，即对废水进行芬顿氧化，将废水中磷的形态变为正磷酸盐，然后进行常规除磷剂进行处理，即原水总磷浓度30 mg/L可稳定降到1 mg/L左右。工程采用电石制乙炔含磷废水采用芬顿氧化+絮凝沉淀的工艺，废水处理规模为400 t/d，出水总磷浓度稳定在1 mg/L以下。

1 废水源头分析

1.1 发生器中进行的反应及生成的杂质

电石加入发生器后遇水即反应生成粗乙炔气，因工业电石含有其他杂质，与水同时进行一些副反应，生成相应的杂质如磷化氢、硫化氢等气体。

碳化钙水解反应式如下所示：

其他杂质的副反应有：

1.2 清净塔及中和塔内进行的反应

粗乙炔气由于电石内杂质(系由电石原料焦炭与石灰中带入)的缘故，常含有硫化氢、磷化氢、等杂质气体，以及氢氧化钙等固态杂质。经冷却洗涤后，采用次氯酸钠做清净剂系利用其氧化作用将杂质去除，清净过程的反应产物磷酸、硫酸等在中和塔内由碱洗过程中和。

1.3 废水小试

通过对含磷废水进行铝盐除磷剂试验[1](PAC、硫酸铝等)、铁盐除磷剂[2](硫酸亚铁、聚合硫酸铁等)常规除磷剂试验，处理效果较差，处理效率在10%以下。所以对废水预处理后除磷[3]，即对废水进行芬顿氧化，将废水中磷的形态变为正磷酸盐，然后进行常规除磷剂进行处理，小时试验处理效率可达98%以上，即原水总磷浓度30 mg/L可稳定降到1 mg/L左右。

2 工程要求

含磷废水水质水量表见表1，每日设计400 m3/d，每日运行20 h，设计流量为20 m3/h。

表1 乙炔工段含磷废水水质水量表Table 1 Phosphorus-containing wastewater water quality and water quantity table of acetylene section

3 工艺设计

3.1 指导思想

(1)严格执行国家有关法规、规范，地区有关环境保护的各项规定，污水处理后必须确保各项出水水质指标均达到污水相关排放标准。(2)重视各项基础资料、基本数据，全面分析各项影响因素，充分掌握水质水量特点和地域特性，合理选择好设计参数，为工程设计提供可靠数据。(3)采用先进、成熟、稳定、实用、经济合理的处理工艺，保证处理效果，并节省投资和运行管理费用；(4)设备选型兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠，效率高，管理方便，维修维护工作量少，价格适中；(5)系统运行灵活，管理方便，维修简单；设置必要的监控仪表，提高控制操作的自动化程度；基本实现自动化管理，减少人工操作及劳动强度。

4 处理工艺

4.1 废水处理工艺流程

含磷废水进入调节池进行水质水量调节，经提升泵打入芬顿氧化反应池，Fenton氧化具有很强的氧化能力， H2O2被Fe2+催化分解生成羟基自由基(·OH)，并引发更多的其他自由基，从而引发一系列的链反应。通过具有极强的氧化能力的·OH与有机物的反应，使废水中的难降解有机物发生部分氧化。反应池分为6格，第一格为pH调整槽，调节废水pH值至3.5左右[4]，第二格投加过量硫酸亚铁，第四格投加双氧水，第五格投加PAM，第六个投加碱，回调pH至6.5左右。自流进入竖流沉淀池。上清液达标排放，底部污泥进入污泥槽暂存进入板框压滤机压滤，压滤液回调至调节池[1]。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram

4.2 工程设计指标

废水处理站主要技术指标如下：占地面积200 m2，总装机容量22.56 kW，运行功率17.39 kW。电气负荷见表2，主要设备和构筑物分别见表3和表4。

表2 电气负荷表Table 2 Electrical load table

表3 主要设备表Table 3 Table of main equipment

续表3

表4 主要处理构筑物列表Table 4 Deals with the list of structures

4.3 运行分析

(1)优良的设计以及施工组织，保障了污水处理站的建设质量，而污水处理站实际的运行效果，与日常的运行管理和维护息息相关，只有充分认识到其重要性，才能将最初的设计意图贯彻始终，确保系统长期稳定运行的效果。

(2)从本污水处理系统的整个工艺流程看，氧化工段是核心工段，相关设备的正常运转及工艺指标的及时监测和控制是保证整个污水处理站能否始终稳定运行达标的关键[5]。而污泥处理工段能否正常运行，是整个系统得以正常运行的必要保证，由于污泥的淤积将导致系统污泥排放困难，所以污泥淤积后将无法确保工艺系统的正常运转，污泥池每天排泥一次。

(3)由于污水处理站系统在保障流域水环境的特殊位置，保障其正常的运转，才能保证流域水质不受影响，因此污水处理站的运行管理和维护应当作为重点工作来抓。在这样的前提下，污水处理站的功能才会真正实现。

(4)系统以PLC控制站为核心，确保系统的稳定性。向下和在线检测仪表连接，通过开关量输入/输出卡件连接现场设备的开关量信号接口，通过模拟量输出卡件连接控制执行元件；向上通过工控网连接基于工控计算机的上位监控操作站，加上安装、组态在系统中的系统软件、数据采集处理软件、逻辑和过程控制程序、应用软件包组成一套完整的水处理仪表、过程自动化控制系统，用于完成对水处理系统的工艺参数的检测采集显示、设备状态检测显示和控制，以及信息储存、查阅、报表打印等。

5 工程实施后运行费用

工程处理每日药剂配方及成本表见表5，废水运行成本见表6，处理成本为7.092元/吨。

表5 工程处理每日药剂配方及成本表Table 5 Engineering treatment daily pharmaceutical formula and cost table

通过数据发现，硫酸的费用为48元/天，双氧水的费用为960元/天，硫酸亚铁的费用为768元/天，氢氧化钠为200元/天，PAM 4.8元/天，药剂成本占整个运行成本的70%左右，其中双氧水的价格占总药剂成本的一半左右。芬顿氧化工艺处理效果较好，但是需要较高的药剂费用。

表6 废水运行成本表Table 6 Wastewater operating cost table

6 结 论

(1)电石制乙炔废水的杂质来源于原料电石中含磷杂质，此含磷杂质无法从工业电石源头进行削减。生产乙炔过程中用次氯酸钠做清净剂利用其氧化作用将含磷杂质去除后进入废水中，通过对含磷废水进行铝盐除磷剂试验(PAC、硫酸铝等)、铁盐除磷剂(硫酸亚铁、聚合硫酸铁等)常规除磷剂试验，处理效果较差；以此分析出废水中磷的形态为次亚磷形态，必须进行强氧化转化为正磷后才能去除，试验表面芬顿氧化后采取常规除磷效果很好。

(2)对电石制乙炔含磷废水采用芬顿氧化+絮凝沉淀的工艺，化学氧化pH回调时，pH控制在7以下，否则悬浮物态的磷会重新溶解至水中。废水处理规模为400 t/d，总磷浓度由30 mg/L稳定降到1 mg/L以下，废水运行成本约为7.092元/吨，对类似工程有一定的参考意义。