钛白废水处理研究

Posted 2023-01-15 石灰

篇首语：谷要自长，人要自强。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了钛白废水处理研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

硫酸法生产钛白粉会产生大量的酸性废水，据统计，每生产1t钛白粉可产生废水40～60t，目前主要采用石灰中和处理该废水。造纸白泥是纸浆造纸厂在碱回收过程中产生的大量苛性废渣，一直得不到妥善处理，既造成了环境污染，又要支付巨额的排污费用。为了资源的综合利用，达到“以废治废”的效果，笔者研究以造纸白泥和石灰为中和剂，采用两段中和+曝气沉淀的工艺处理钛白废水，以便为酸性废水的处理寻找一条更经济合理的方法，同时也为造纸白泥的资源化利用寻找途径。

1实验部分

1.1仪器与试剂

试剂：造纸白泥，0.125mm（120目），来源于贺州市某造纸厂，干燥后CaCO3的质量分数为91.30％；生石灰粉，0.125mm（120目），来源于贺州市某钛白粉厂；钛白废水取自贺州市某硫酸法钛白粉厂综合废水处理调节池。氢氧化钠、硫酸亚铁铵、重铬酸钾、盐酸羟胺、酒石酸钾钠、邻菲罗啉等均为化学纯试剂。

仪器：721分光光度计（721-100），上海棱广科学器材有限公司；六联搅拌机（ZR4-6），武汉中润精细化学品有限公司；磁性搅拌器（JJ-1），中外合资深圳天南海北有限公司；粉碎机（DGF30/14-Ⅱ）、干燥器（AHG101-2A）、电子天平（JJ－500）、pH计、G4砂芯坩锅、曝气装置、抽滤装置、消解装置等。

1.2实验方法

取一定量钛白废水，投加一定量经过干燥的造纸白泥，其主要成分碳酸钙和废水中的硫酸发生中和反应，经磁力搅拌器和六联搅拌机搅拌中和一定时间后，再投加干燥的生石灰粉，搅拌中和一定时间后曝气一定时间，沉降5min后取上清液，测定pH、Fe2+和SS（悬浮物）的质量浓度以及CODCr。

1.3水质分析方法

pH的测定采用玻璃电极法、Fe2+的测定采用邻菲罗啉分光光度法、SS测定采用石棉坩埚法、CODCr的测定采用重铬酸钾法。

2结果与讨论

2.1实验水样特点

笔者实验用水经测定：pH为1.03，酸度为9.8g/L，SS为188mg/L，COD为56.47mg/L，Fe2+质量浓度为1710mg/L，可见钛白粉生产所产生的酸性废水中主要污染物为硫酸及Fe2+。废水处理关键为酸碱中和及Fe2+的去除。

2.2第一阶段中和实验

2.2.1反应时间对中和反应的影响

由于中和反应生成的CaSO4是一种不溶于水的物质，反应在固液界面进行，CaSO4沉淀物在白泥颗粒的表面沉积而阻碍化学反应继续进行，另外反应生成的CO2气体微溶于水，经搅拌后，液体中的CO2会相应减少，所以在中和过程中必须搅拌，搅拌速度为420r/min。

为了选择合适的中和时间，试验中取钛白废水200mL，称得其质量为250g，根据废水的酸度计算出需要将质量分数为91.30%的造纸白泥3.8g，加入到废水中，常温下不断搅拌，搅拌速度为420r/min，考察中和时间对pH的影响。结果表明，所选的5个时间点5、10、15、20、25min，pH分别为4.51、5.19、5.58、5.58、5.58。中和时间为15min后的pH基本保持稳定。因此，实验选用中和时间为15min。

2.2.2温度对中和反应的影响

由于在中和反应过程中产生的CO2气体可以微溶于水中，在常温下不易分解出来，但当温度升高时，溶液中的碳酸会分解，pH变大。实验取白泥3.8g和钛白废水200mL进行中和反应，以420r/min搅拌15min，升高溶液温度，观测溶液中pH的变化，结果表明，在所选的5个温度为30、40、50、60、70℃时，pH分别为5.58、5.62、5.63、5.66、5.66。可见，当温度升高时，pH变化不明显。因此，为了节省能源，笔者实验选择在常温下反应。

2.2.3白泥投加量的确定

取7份废水，每份200mL，称取7份经过烘干的造纸白泥，质量分别为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4g，依次投加到前述废水中，以420r/min搅拌15min后，沉降5min，取上清液，测定相应pH分别为1.58、2.28、4.05、5.31、5.58、5.61、5.61。可见，当投加造纸白泥质量≥3.5g时，钛白废水pH为5.61，基本保持不变。为了得到更精确的数据，在造纸白泥投加质量分别为3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5g时进行试验，测得相应pH分别为5.31、5.38、5.49、5.56、5.61、5.61。可见，投加造纸白泥质量≥3.4g时，即m（废水）∶m（造纸白泥）=1000∶13.6时，废水的pH为5.61。所以造纸白泥只能起初步调节pH的作用，超过一定投加量后，白泥不再起中和作用，且其絮凝沉降性能不好。而通过了解该钛白粉厂用CaO可以较好地调节pH，絮凝沉降性能比较好。考虑到经济原因，可先在废水中加入一定量的造纸白泥初步调节pH，然后加入石灰，进一步调节pH，以提高絮凝效果。

2.3第二阶段中和实验

向投加了3.4g白泥处理后的废水中再加入石灰，调节pH和絮凝Fe2+，采用常温中和5min的方法，当石灰投加量分别为0、0.15、0.25、0.35、0.45、0.5g时，pH分别为5.61、5.95、6.41、7.25、9.41、13.75，可见，当石灰投加质量为0.35g时，即m（废水）∶m（石灰）=1000∶1.4，钛白废水pH为7.25，达到排放要求。

2.4第一、第二阶段中和实验结果综合分析

第一阶段中和实验后，有少量浅绿色絮凝物，滴铁氰化钾后呈蓝色；第二阶段中和实验后，有大量浅绿色絮凝物，滴铁氯化钾后呈绿色。结果发现，当先投加造纸白泥，后投加石灰时，Fe2+去除不明显，在废水中铁较多以Fe2+的形式存在，当pH呈中性或微碱性且有氧存在时，可溶性的Fe2+能迅速氧化成Fe3+。对于Fe2+的去除，通常采用曝气法，使Fe2+转化为Fe3+，最终形式Fe（OH）3沉淀除去。

2.5曝气条件

曝气条件包括曝气量和曝气时间。设定曝气量为3.3L/min，考察曝气时间对处理效果的影响，结果见表1。

由表1可知，曝气量为3.3L/min，曝气时间为30min时，废水中的Fe2+基本除尽。

2.6全流程实验

根据上述实验所确定的各工艺参数进行了全流程的实验。先在200mL废水中加入3.4g造纸白泥，以320r/min搅拌15min后，再加入0.35g石灰，常温中和5min，曝气30min，静置5min，结果见表2。

由表2可知，Fe2+基本被除尽，经检测出水Fe2+质量分数＜0.01%，水质无色透明，pH达到7.25，出水指标达到《国家污水综合排放标准》GB8978—2002的二级排放要求。该标准并未规定总铁排放标准，各个地方环保排放标准的规定似未统一，有的规定：现有企业的Fe2+排放指标为10mg/L，上述处理液Fe2+质量浓度达到排放要求。另外将生成的沉淀蒸发、烘干，称其质量为5.11g，测定其中的成分CaSO4的质量分数为86.31%，大量生产时可考虑利用其制石膏或建材。

2.7采用造纸白泥为中和剂的前景分析

在实际生产当中，采用造纸白泥还是石灰治理酸性废水，最主要考虑的是运行费用。石灰的售价大约为450元/t，而造纸白泥是纸浆厂产生的废渣，纸浆厂基本上可以免费提供，白泥在价格方面具有相当大的优越性。纸浆厂所排放的白泥含水量≤40％，实际生产当中采用造纸白泥的投加运输成本是采用石灰的1.9倍，因此在运输过程中造纸白泥的运输费用要高出石灰运输费用近1倍。石灰在使用过程中需要熟化，生成氢氧化钙，并配制成质量分数为10％的Ca（OH）2溶液，因此会增加一定成本，造纸白泥本身成分即为CaCO3，而且具有颗粒细小的特点，因此不需要进行熟化处理。从运行成本上来讲先投加白泥有明显的优势。可见，采用造纸白泥和石灰分段处理可以有效地降低污水处理成本，具有较好的应用前景。。

3结论

（1）针对钛白粉厂酸性废水和造纸白泥的特点，采用两段中和+曝气沉淀工艺处理钛白废水，即第一阶段中和时间为15min，反应温度为常温，m（废水）∶m（造纸白泥）=1000∶13.6，处理后废水pH为5.61。第二阶段的实验是在第一阶段基础上再投加石灰m（废水）∶m（石灰）=1000∶1.4，常温中和5min，曝气30min后静置5min，出水pH为7.25，Fe2+质量分数＜0.1%，出水指标达到《国家污水综合排放标准》GB8978—2002的二级排放要求。

（2）采用造纸白泥和石灰分段中和钛白废水可以有效地降低污水处理成本，同时去除废水中的Fe2+、SO42-，曝气可以加速Fe2+的氧化。