陶瓷工业废水的净化回用工程

胡经纬
(沈阳航空工业学院安全工程系，辽宁沈阳110034)

　　摘　要：采用集成了变速波纹板混凝反应、纵向波纹斜板沉淀分离、自反冲过滤三种单元反应于一体的JS—25型高效陶瓷废水净水器处理陶瓷工业废水并得以回用，采用WL380—C型螺旋卸料沉降离心机进行陶泥回收，收到了较好的环境效益、经济效益和社会效益。对陶瓷废水高效净水器提高反应效率、缩短反应时间、改善沉淀污泥分离效果等技术措施进行了分析，并对试运行中出现的问题和改进办法进行了介绍。
　　关键词：陶瓷；废水；混凝反应；斜板沉淀；高效净水器
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)07-0052-04

1　工程概况

　　在生产陶瓷的过程中会产生一部分泥浆废水，废水中的悬浮物主要是粒径＜150μm的固体颗粒,其中具有很强的分散性且粒径＜10 μm的微细颗粒比例很大。由于各陶瓷厂管理水平差异较大，车间布局乃至排水管道、沟渠的坡度、长短不同，造成各厂之总排水口陶瓷废水的悬浮物浓度普遍为1 000～1×10⁴ mg/L左右，淤塞市政管道，污染水体，必须治理。
　　沈阳陶瓷厂用水量为100×10⁴ t/a，以自备深井水源为主。排水量为80×10⁴t/a，其中属污染较重的陶瓷工业废水为20×10⁴ t/a，主要污染物为悬浮物，浓度为500～1000mg/L。
　　针对该厂的废水水质，提出以陶瓷废水高效净水器和陶泥螺旋卸料沉降离心机为主体设备的综合治理方案，除了能够使污染物得到治理以外,还可以使宝贵的水资源、陶瓷泥浆回用于生产。
　　经与厂方共同确认，进入废水处理站的废水量Q=25m³/h，SS=500～1000 mg/L。
　　陶瓷废水处理流程见图1。

2　处理机理

　　高效陶瓷废水净水器由通常称之为一元化净水器的设备发展而来，依陶瓷废水的性质和特点，其结构尺寸、运行参数有所变化，但是混凝反应、斜板沉淀和双层滤池过滤的机理相同。
2.1 净水器的混凝机理
　　陶瓷软质料以高岭土为主，经石磨机(俗称水碾子)中碎和湿式球磨机微碎处理后，在水中分散为微米级负电荷胶体。废水中胶体颗粒虽然作布朗运动，但彼此并不能碰撞、接触、聚集而沉降，主要原因在于它们带有同性电荷、胶体微粒间的静电斥力和水化膜。即使不受这种凝聚稳定性的影响，由于固体颗粒在水中的沉降速度遵从斯托克斯定律，大量直径为2～5μm的固体颗粒的沉降速度也是极其缓慢的。一旦加入絮凝剂电解质，压缩胶体结构的双电层，就会导致胶粒间相互凝聚脱稳，分散污泥形成矾花，粒径加大到肉眼可见的毫米级，才能大大改善沉降性能。根据混凝机理，电解质的凝聚能力大约与离子价数的六次方成正比。要达到同样凝聚效果,1价、2价、3价正离子投加量之比约为729∶64∶1；要使负电荷胶体脱稳，所需高价正离子远比低价正离子有效。只是必须注意，如果三价铝盐等高价正离子投加量过多，由于物理化学诸多作用影响，使胶核表面吸附过多正离子，同样会使胶体带有同性电荷，需重新稳定,从而不能形成易沉降的矾花，影响悬浮物去除效果。
2.2 变速波纹板混凝反应器
　　常规混凝反应构筑物的反应时间需20 min，容积较大，难以实现小型化、设备化。变速波形板反应采用两两相对的正弦波形板约束水流，其加工工艺保证了水流通道忽宽忽窄，流速忽缓忽急，不断产生涡流，加强了混凝反应的效果。同时，水在反应器中，由开始流经等宽度的波形板所形成的单通道，进而扩大为双通道，到最后的四通道，使水流平均流速按V0→0.5V0→0.25V0规律变化，此乃使悬浮物颗粒经混凝反应所形成的矾花能够随着进程逐渐长大而不致破坏的重要技术措施(见图2)。

　　陶瓷废水高效净水器的体积只有常规混凝反应构筑物的25%～30%，相对于平面布置的重力流构筑物而言，由于采用了压力流，使之能按立体化、小型化、设备化设计制造，并便于室内安装。
　　沈阳陶瓷厂高效净水器的处理水量为25 m3/h，混凝反应器在正常负荷下停留时间为6min,而通常可以在过负荷20%的工况下即Q=30m³/h下运行,停留时间为5min,出水亦可保证正常。变速混凝反应器制造尺寸为2.25m×0.45m×2.4 m,与斜板沉淀器和自反冲过滤器集成为“一元化”净水器，十分紧凑。
2.3 纵向波纹斜板沉淀器
　　将斜板加工成纵向平直、横向成正弦波形状，安装倾角为60°。布水管在下，集水管在上，为逆向流斜板沉淀。通常逆向流动的水流与泥流界面相互紊动有使分离效率降低的弊端，而纵向波纹形斜板可以使沉泥在向下滑的同时也会沿波纹弧面向两侧更低处滑动，泥流复合运动的结果是偏向波纹板两侧波谷向下流动，进而被收集到斜板组两侧凹槽下面垂直相对的集泥槽中。布水管居中均匀布水，与污泥各行其道，互不相扰，巧妙地提高了分离效果(见图3)。

　　集泥槽下的集泥斗设计成左右不对称而且偏向两侧的形状用以接受沉降污泥，从而较大地缩短了排泥管长度，减小了阻力。
2.4 自反冲双层滤池
　　净水器前端并列四个双层滤池，由排列有序的进水阀和排污阀操作，布水装置由穿孔管和多孔布水板两次匀速，在四个滤池同时顺流过滤过程中，可以充分发挥滤层作用。
　　自反冲过程是关闭需要反冲的滤池进水阀门，在开启该滤池排污阀门的同时，关闭净水器的总出水阀门。这样，其他三个正在顺流过滤的滤池底部净水区的净水只能反方向通过反冲滤池，携带大量污泥由排污管排出。每格滤池反冲洗时间为3～5 min左右，排污管出水清如净水时即可转换阀门，继续冲洗另外的滤池。通常情况下每班反冲一次，反冲过程方便、快捷、彻底。
　　利用双层滤料过滤技术，级配合理的双层滤料可以大大增加滤层的含污率，减少反冲次数，提高过滤速度，减小设备体积。用简单的蝶阀操作可以实现自反冲，使多格滤池实行交替反冲、连续工作，从而省却了反冲水箱及反冲泵等配套设备。

3　技术对策

3.1 絮凝剂用量
　　陶瓷泥浆生产工艺在中碎工序添加了增浓剂，泥浆分散均匀了，废水却因此更难以沉降。采用烧杯试验方法，或者用成型多杯试验仪器，确定絮凝剂的投加量，是陶瓷废水处理工艺长期稳定运行的重要措施。经过筛选、测试，确定该厂废水的聚合氯化铝投加量在20～30 mg/L范围内，通常可以使出水SS<20 mg/L,满足回用于湿磨工序用水水质的要求；如果处理水直接排放，悬浮物指标按辽宁省第二级第三类水域（SS<150 mg/L）标准，聚合氯化铝按加药量下限10～15 mg/L投加即可。需要说明的是试运行期间曾经试验不添加絮凝剂，即便使用高效净水器，出水也十分混浊，SS远远超过150 mg/L，可见陶瓷废水细微固体颗粒确实具有很强的凝聚稳定性和穿透能力。
3.2 排气阀门和视盅
　　陶瓷废水反应器的波纹板用2 mm厚PVC板热塑成型、焊接制造，水流属于压力流，水流通道为折返式垂直向，立式设计，占地面积小。为避免运行中空气聚集在反应器上部，阻塞水流通道，采取了两项技术措施：一是陶瓷废水泵采用液下泵，减少进水管吸入空气的条件；二是在反应室顶部法兰盖水流折返位置设有四组视盅和阀门，用以每次设备启动之前的注水排气，视盅的设置便于观察操作。
3.3 取样阀、注水阀和排泥阀
　　由于反应器波纹板由2 mm厚PVC板焊接制造，两侧水位差若超过一定高度，波纹板将承受不了静水压力而开裂破损，因此运行前应该使波纹板反应器内外同步充水。检修时，如果需要放空设备中的水，也需要反应器内外各部位同步排水，为此采取三项技术措施：
　　①浮子流量计设置在净水器出水口之后，水质清澈，便于观察；而且浮子流量计之后的出水管设置高度要求超过净水器最高点高度，以便设备停机时保持满水位；在出水干管最高点设DN25取样管阀一组，除作为处理水取样管之外，还要求净水器每次停机的同时打开该阀门，吸入空气，破坏虹吸。否则，虹吸形成会急剧排出设备中的水，净水器后部形成较高真空度进而造成反应器塑料波纹板损坏。
　　②在波纹板反应器各水室之间的间隔板上设置了反方向的逆止阀片，由净水器尾部连出的DN20注水管阀一组，可以逆向向反应器各水室、斜板沉淀器同步注水，并且在达到沉淀池出水水位后，将同时向双层滤池注水(见图4)。

　　③如果需要排空净水器，必须从反应器前几个水室单独接出氵曳水排泥阀，与注水阀同步排水。否则，只开注水阀单独排水，反应器前几个水室的水被逆止阀片阻断，PVC波纹板也会遭到损坏。
3.4 避免超压运行
　　陶瓷废水高效净水器设计工作压力≤0.04 MPa，浮子流量计按大于1.5倍工作流量选用40m³/h的规格设置于出水端，便于观察浮子位置。但其对设备带来的超压危险却是我们始料不及的，如在试运行阶段，操作工人在水泵启动之后，开启净水器出水阀门过快，造成调节流量超负荷较多，另外由于惯性，浮子瞬间冲到流量计顶端，阻断水流，造成设备超压，外壳开裂损坏。对此，首先补充了操作规程：要求运行人员操作浮子流量计前的出水阀门时应缓慢平稳开启，而且保证处理水量不得超过30m³/h。另外，把反应室前端普通压力表改为电接点真空压力计，设定设备运行压力和真空度上下限值，将电接点控制信号引入液下水泵电控系统，在真空度或者压力值达到设计值时立即自动停泵，保证安全运行。此项改进减轻了运行人员启动设备时的顾虑，确保操作安全。

4　结论

　　采用集成变速波纹板混凝反应、纵向波纹斜板沉淀分离、自反冲过滤三种单元反应于一体的JS—25型高效陶瓷废水净水器处理沈阳陶瓷厂工业废水并得以回用，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益。显然，在新建厂、新建生产线时同步进行配套处理和回用设计，易于做到布局更为合理。

---

　　电　　话：(024)86113588
　　收稿日期：2001-02-18