活性氧化鋁在工業(yè)循環(huán)外排水除氟中的應(yīng)用

薛志偉

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

河南龍宇煤化工有限公司500kt/a甲醇，200kt/a二甲醚項(xiàng)目配套建設(shè)循環(huán)水系統(tǒng)，系統(tǒng)保有量為17 000m3，循環(huán)水量47 500m3/h，原水為軟化處理后的礦井涌水，循環(huán)排水水量約300m3/h，F(xiàn)-濃度3～5mg/L，排水通過雨水系統(tǒng)直接外排至白洋溝。永城市政府于2018年8月規(guī)定外排水氟化物執(zhí)行地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002三類指標(biāo)，F(xiàn)-需控制在≤1mg/L。為根本解決循環(huán)外排水Fˉ超標(biāo)問題，通過在循環(huán)水站新建活性氧化鋁除氟裝置，利用活性氧化鋁對(duì)F-的吸附性去除水中的F-，經(jīng)過除氟后的循環(huán)水再排放至雨水系統(tǒng)外排，徹底消除了因F-超標(biāo)對(duì)環(huán)境的影響。

1 活性氧化鋁除氟工藝流程

本工藝的進(jìn)水采用的是循環(huán)回水，利用循環(huán)回水的壓力通過多介質(zhì)過濾器進(jìn)行降濁處理，達(dá)到除氟過濾器進(jìn)水濁度指標(biāo)后，循環(huán)回水如表1所示，通過活性氧化鋁除氟裝置進(jìn)行降氟處理，產(chǎn)出的合格水進(jìn)入雨水管網(wǎng)外排。在活性氧化鋁吸附飽和失效后，使用2%～3%硫酸鋁溶液進(jìn)行浸泡置換再生，再生反洗廢水排放至氣化廠脫泥排放，再生后的活性氧化鋁裝置放空備用。

表1 氧化鋁除氟裝置進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

1.1 活性氧化鋁除氟裝置的組成及應(yīng)用

除氟裝置由6臺(tái)多介質(zhì)過濾器、10臺(tái)除氟過濾器、1座再生液池、1座再生廢液池、2臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)組合而成。設(shè)計(jì)處理量為500m3/h，單臺(tái)除氟過濾器處理能力為50m3/h。其中除氟過濾器采用的是活性氧化鋁作為除氟吸附濾料，活性氧化鋁為白色顆粒狀多孔吸附劑，具有較大的比表面積，為兩性物質(zhì)，當(dāng)水的pH小于9.5時(shí)可吸附陰離子，pH大于9.5是可去除陽離子。因此，在中性及酸性溶液中活性氧化鋁為陰離子交換劑，對(duì)F-有極大的選擇性?；钚匝趸X除氟工藝流程圖如圖1所示。

1.1.1 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器采用不同粒徑的無煙煤石英砂作為過濾器濾料，在一定進(jìn)水壓力下濁度較高的水通過一定厚度不同粒徑的濾料，從而有效地除去水中的雜質(zhì)、懸浮物，使水澄清，常用的濾料有無煙煤、石英砂、錳砂等。多介質(zhì)過濾器在運(yùn)行一段時(shí)間后壓差升高，通過氣洗、水洗使其恢復(fù)過濾能力。

圖1 活性氧化鋁除氟工藝流程圖

活性氧化鋁工作時(shí)對(duì)進(jìn)水濁度的要求較高，一般進(jìn)水控制在≤1NTU為最佳，如進(jìn)水濁度過高，極易造成活性氧化鋁污堵，污堵后的活性氧化鋁將失去吸附F-的能力。龍宇煤化工公司循環(huán)水站濁度一般在5～12NTU，超出活性氧化鋁正常運(yùn)行的濁度要求，循環(huán)回水直接進(jìn)入除氟過濾器將降低活性氧化鋁的使用壽命，特在除氟過濾器前增加了多介質(zhì)過濾器進(jìn)行水質(zhì)過濾。

1.1.2 除氟過濾器

通過降濁后的循環(huán)回水進(jìn)入除氟過濾器，過濾器內(nèi)有粒徑3mm、厚度為1 500mm的活性氧化鋁，由于循環(huán)水回水的pH呈中性，在循環(huán)回水通過濾料的過程中，活性氧化鋁會(huì)將水中的F-吸附，合格的產(chǎn)水排入雨水管網(wǎng)匯入雨水泵站，通過排水泵加壓后排入白洋溝。

活性氧化鋁經(jīng)過一段時(shí)間的吸附后逐漸飽和，不再具有吸附F-的能力，這時(shí)將通過硫酸鋁溶液，對(duì)活性氧化鋁進(jìn)行再生。硫酸鋁再生劑的濃度采用3%，浸泡時(shí)間為4～6小時(shí)，浸泡2h曝氣15min使再生劑和活性氧化鋁充分混合接觸，浸泡結(jié)束后將再生液排入再生廢液池，利用循環(huán)回水對(duì)除氟過濾器進(jìn)行反沖洗，反沖至出水pH呈中性，排空過濾器備用，反沖洗水排至再生廢液池。

再生后的廢液含有大量白色懸浮物，廢液通過提升泵打至氣化廠進(jìn)行脫水，脫水后的污泥和煤渣混合在一起，拉至廠制磚車間制作成工程用磚外運(yùn)。

1.2 各因素對(duì)除氟裝置運(yùn)行的影響

除氟裝置運(yùn)行、再生過程中易受到多種因素的影響，會(huì)發(fā)生效果降低的情況，為保證出水滿足環(huán)保的要求，需要時(shí)刻控制各因素。

1.2.1 氣洗、水洗強(qiáng)度

在過濾過程中，原水中的懸浮物等被濾料層截留吸附并不斷地在濾料層中積累，于是濾層孔隙逐漸被污物堵塞，在濾層表面形成濾餅，過濾水頭損失不斷增加。當(dāng)達(dá)到某一限度時(shí)，濾料需進(jìn)行清洗，使濾層恢復(fù)工作性能，繼續(xù)工作。在過濾器反洗中，氣洗的作用主要體現(xiàn)在松動(dòng)濾料，氣量不足將導(dǎo)致下一步水反洗不徹底，影響效果。以龍宇煤化工多介質(zhì)為例，氣量一般控制在15m3/min，壓力0.06MPa。

除氟過濾器再生液使用的是硫酸鋁，長(zhǎng)期使用易導(dǎo)致活性氧化鋁板結(jié)，吸附量逐漸下降，硫酸鋁還會(huì)與水中的氟化物反應(yīng)形成黏附性絮體，氣、水洗強(qiáng)度過低絮體將黏附在濾料上。通過大強(qiáng)度反洗可有效松動(dòng)濾料，將反應(yīng)產(chǎn)生的絮體沖出，延長(zhǎng)濾料的使用壽命。

1.2.2 pH

活性氧化鋁作為兩性物質(zhì)，在不同pH下具有明顯的吸附特異性，實(shí)踐證明進(jìn)水pH高于8.5氧化鋁的除氟效果將明顯降低，進(jìn)水pH呈中性或偏酸性除氟效果最佳。循環(huán)水系統(tǒng)pH一般控制在7.5～8.5，這時(shí)需通過投加硫酸的方式將循環(huán)水控制在7.5～8.0，以便保持較佳的除氟效果。

1.2.3 濁度

進(jìn)水濁度的高低對(duì)多介質(zhì)過濾器和除氟過濾器均有較大影響，為防止懸浮物污染濾料，主要通過日常分析監(jiān)測(cè)濁度變化，濁度升高可適當(dāng)增加多介質(zhì)過濾器的反洗頻次。

2 活性氧化鋁除氟裝置對(duì)循環(huán)排水的除氟效果

2.1 除氟效果

經(jīng)除氟裝置處理過的循環(huán)排水指標(biāo)見表2。

表2 性氧化鋁除氟裝置出水指標(biāo)

2.2 環(huán)保效果

循環(huán)外排水經(jīng)過除氟后符合工業(yè)排水要求，可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002三類排水，不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成F-危害。

3 結(jié)論

1）采用多介質(zhì)過濾+活性氧化鋁除氟裝置能夠有效去除循環(huán)外排水中的F-，很好地保證了出水指標(biāo)；

2）通過實(shí)際運(yùn)行，除氟后的循環(huán)回水可以直接達(dá)標(biāo)排放；

3）在國(guó)家對(duì)環(huán)保日益重視的情況下，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)F-達(dá)標(biāo)排放，社會(huì)效益明顯。