硫酸法钛白粉生产废水治理的实验研究_李刚

第２７卷第４期２００７年４月

工业水处理

ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ

Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４Ａｐｒ．，２００７

硫酸法钛白粉生产废水治理的实验研究

李刚１，赵晴２，于鲁冀１，郝绍菊３

（１．郑州大学环境技术咨询工程公司，河南郑州４５０００２；２．河南工业大学土木建筑学院，河南郑州４５００５２；

３．黄河科技学院，河南郑州４５００６３）

［摘要］硫酸法钛白粉废水含有大量的废酸，通常利用石灰制成的氢氧化钙乳浊液进行中和处理。电石渣是氯碱行业产生的废渣，主要成分为氢氧化钙，理论上可以替代石灰作为硫酸法钛白粉废水治理的药剂使用。实验通过对比石灰和电渣处理硫酸法废水的效果，分析电石渣替代石灰的技术可行性，为废物的利用寻求一个合理的途径。

［关键词］废水处理；钛白粉；电石渣［中图分类号］Ｘ７８１．２

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００５－８２９Ｘ（２００７）０４－００２５－０３

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍ

ｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｐｏｗｄｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄｍｅｔｈｏｄ

ＬｉＧａｎｇ１，ＺｈａｏＱｉｎｇ２，ＹｕＬｕｊｉ１，ＨａｏＳｈａｏｊｕ３

（１．ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅＣｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ；

３．ＨｕａｎｇｈｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍＴｉＯ２ｃｏｎｔａｉｎｓｌｏｔｓｏｆｄｉｓｃａｒｄａｃｉｄａｎｄｉｔｉｓｃｏｍｍｏｎｌｙｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅ

（ＯＨ）２ｅｍｕｌｓｉｏｎ．ＣａｒｂｉｄｅｓｌａｇｉｓａｋｉｎｄｏｆｄｉｓｃａｒｄｓｏｌｉｄｐｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｍｅｗｈｉｃｈｉｓｎｅｕｔｒａｌｉｚｅｄｂｙＣａ

ｃｈｌｏｒｏ－ａｌｋａｌｉｎｅｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｉｔｓｍａｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｓＣａ（ＯＨ）２．Ｉｎｔｈｅｏｒｙ，ｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｃａｎｒｅｐｌａｃｅｌｉｍｅｔｏｔｒｅａｔａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍＴｉＯ２．ＴｈｅｙｔｒｙｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｌｉｍｅａｎｄｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｗｈｉｃｈａｒｅｂｏｔｈｕｓｅｄｔｏｔｒｅａｔａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍＴｉＯ２，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｉｎｓｔｅａｄｏｆｌｉｍｅ．Ｂｙｄｏｉｎｇｔｈｉｓ，ｔｈｅｙｔｒｙｔｏｆｉｎｄａｎｏｔｈｅｒｗａｙｔｏｒｅｕｓｅｔｈｅｗａｓｔｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ；ｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇ

钛白粉是当前最佳的白色颜料，广泛应用于涂

１〕

钛白粉生产工艺可以料、塑料、油墨、日化等行业〔。

定的影响。鉴于电石渣主要成分是氢氧化钙，理论上可作为酸性废水中和试剂使用，因此笔者试验研究了以电石渣为中和剂处理硫酸法钛白粉酸性废水的可行性，并对比分析了电石渣和石灰在处理酸性废水时的效果，以便为酸性废水的处理寻找一条更经济合理的方式，同时也为电石渣的再次资源化利用寻找更好的途径。

分为硫酸法和氯化法，而硫酸法生产工艺在我国应

２〕

用较为广泛〔。

硫酸法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１００～１５０ｔ。目前主要采用石灰中和处理该废水。首先将石灰熟化，制成氢氧化钙乳浊液，然后将其加到酸性废水中产生硫酸钙沉淀，同时在中和过程中通过搅拌使得废水中的Ｆｅ２＋转化成Ｆｅ３＋，生成Ｆｅ（ＯＨ）３沉淀，从而降低废水中的Ｆｅ２＋、ＣＯＤＣｒ，最终使废水达到排放标准要求。电石渣产生于氯碱行业，其主要成分就是氢氧化钙。电石渣的处理在氯碱行业也是一个比较困难的问题。在对一些氯碱企业进行调查时发现大部分企业的电石渣不能有效地处理和处置，对环境造成了一

１酸性废水水质特点

硫酸法钛白粉的生产工序主要由钛铁矿的粉

磨、酸解、还原、冷冻结晶、水解、过滤水洗、煅烧粉碎等工段组成，工艺流程见图１。

由图１可以看出，硫酸法生产钛白粉的工艺中，水解、水洗工段产生酸性废水，在酸解浸取工段中用于吸收酸雾时同样会产生酸性废水，其中：

（１）水解母液（高浓度酸性废水，又称废酸）。主

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试验研究工业水处理２００７－０４，２７（４）

质量从７～２５ｇ不等，分别制成３００ｍＬ的氢氧化钙乳浊液。取两组废水，每组７份，每份５００ｍＬ，分别投加不等量的由电石渣或石灰制成的氢氧化钙乳浊液，经六联电动搅拌机搅拌１５ｍｉｎ后，沉降５ｍｉｎ，取上清液，测定ｐＨ、Ｆｅ２＋和ＣＯＤＣｒ。检测结果见图２￣图４。

图１硫酸法钛白粉生产工艺流程

要物质质量分数为：硫酸１５％～２０％，ＦｅＳＯ４５％，

ＴｉＯＳＯ４２％，Ａｌ２（ＳＯ４）３２％。

（２）水洗废水（中浓度酸性废水）。主要来自偏钛酸水洗工段。其中Ｈ２ＳＯ４质量分数为０．８％～１％，

ＦｅＳＯ４为０．１％以及少量其他可溶性硫酸盐。

（３）酸解尾气碱洗废水（中浓度酸性废水）。酸解尾气中的酸雾采用稀碱液洗涤处理，洗涤废液冷却降温后循环使用，循环到一定程度后排放，但排放量相对较小。其中ＦｅＳＯ４质量分数为１．５％，Ｈ２ＳＯ４为

图２投加质量对废水ｐＨ的影响

４．３％。

本实验用水取自某硫酸法钛白粉厂综合废水处理调节池，实验用水量为１５Ｌ。废水水质见表１。

表１

项目废水标准

废水水质

ＣＯＤＣｒ／（ｍｇＬ－１）

Ｆｅ２＋／（ｍｇＬ－１）

图３

３５５２．５—

投加质量对废水中Ｆｅ２＋的影响

ｐＨ＜２６￣９

４２５１５０

２实验部分

２．１主要试剂与仪器

主要试剂：质量分数为９８％的硫酸；硫酸亚铁铵；质量分数为０．５％的邻菲啰啉；１００ｇ／Ｌ的盐酸羟胺；１＋３盐酸；０．２５ｍｏｌ／Ｌ的重铬酸钾。

主要仪器：７２１分光光度计；微波消解仪；六联搅拌机；１０００ｍＬ烧杯。

图４

投加质量对废水中ＣＯＤＣｒ的影响

图４可知，投加电石渣或石灰后，首先由图２～

发生酸碱中和反应，使得水样的ｐＨ增加，同时通过搅拌将原水中少部分Ｆｅ２＋转化成为Ｆｅ３＋，从而生成

２．２石灰和电石渣成分

石灰来源于该钛白粉厂；电石渣来源于某氯碱

厂，主要成分质量分数（干基）为Ｃａ（ＯＨ）２７８％、ＳｉＯ２

１６％、Ａｌ２Ｏ３１．５％及其他杂质。电石渣和石灰首先经过

１０５℃高温干燥３ｈ，去除其中游离水分。经河南省建材工业产品质量监督检验站检测，干燥后石灰ＣａＯ质量分数为５７．１０％，干燥后电石渣ＣａＯ质量分数为５８．９４％。

２．３实验方法

分别称取７份经过烘干的电石渣和石灰，每份

Ｆｅ（ＯＨ）３沉淀，故废水的Ｆｅ２＋浓度下降，ＣＯＤＣｒ也随着减少；当电石渣投加质量≥２２ｇ，Ｆｅ２＋去除效果显著，ＣＯＤＣｒ达到排放标准，但此时废水偏碱性；石灰投加质量≥１９ｇ时，Ｆｅ２＋去除效果显著，ＣＯＤＣｒ也达

到排放标准，但此时水样偏酸性；电石渣或石灰投加质量增加到一定值后，Ｆｅ２＋浓度、ＣＯＤＣｒ等变化不明显。

综上所述，在治理硫酸法钛白粉厂酸性废水时，

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工业水处理２００７－０４，２７（４）

投加烘干电石渣对废水的中和作用和对ＣＯＤＣｒ的去除作用和投加石灰具有相同的效果，其投加量和石灰相差不大，如果采用烘干电石渣投加量约为石灰的１．１５倍。

李刚，等：硫酸法钛白粉生产废水治理的实验研究采用电石渣代替石灰治理酸性废水可综合利用电石渣，还节约了电石渣处理过程中土地占用和处理费用问题。但处理后的废水目前还不能通过企业自身循环利用，但是针对不同的钛白粉厂所处的区域位置，结合当地的企业类型，可以考虑从区域的角度进行治理后废水的再利用。

３经济可行性

在实际生产当中，采用电石渣还是石灰治理酸

性废水，最主要考虑的是运行费用，包括以下几个方面：

根据调查，石灰的售价（１）电石渣或石灰的价格。

大约为１５０元／ｔ，而电石渣是氯碱厂产生的废渣，氯碱企业基本上可以免费提供电石渣。因此在原材料的价格方面电石渣具有相当大的优越性。

（２）电石渣或石灰的运输费用。氯碱厂所排放的电石渣含水量≤４０％，因此实际生产当中如果采用电石渣代替石灰则需要投加１．９倍的电石渣（其中主要是含有大量水分）。因此在运输过程中电石渣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（３）设备运行费用。

化，生成氢氧化钙，并配制成质量分数为１０％的

２００５年１１月，该企业根据电石渣的经济优势

决定使用电石渣处理酸性废水，目前已经建成并投入运行。运行效果表明，完全可以达到石灰的处理效果，处理后废水可达标排放。其废水处理成本为２．５元／ｔ，具有一定的经济效益。

４结论

（１）实验结果表明，采用电石渣治理硫酸法钛白

粉生产废水的工艺是可行的，其烘干后的电石渣消耗量与石灰相比相差不大，但含有４０％水分的电石渣消耗量是石灰的１．９倍。

（２）电石渣的原料费用基本为零，但是运输费用是石灰的１．９倍。因此，采用电石渣治理该酸性废水时要考虑石灰和电石渣在运输费用和原料成本上的经济比较，针对本次实验研究，采用电石渣的废水处理运行成本为２．３９元／ｔ，远低于石灰的５．２７元／ｔ。

（３）利用电石渣治理酸性废水可以使废渣综合处理，节约了资源，体现了循环经济的意义，因此建议企业在治理酸性废水的同时积极寻求硫酸钙渣的再次循环利用。

［参考文献］

［１］秦霄鹏，王贵鹏，马清．硫酸法钛白粉生产过程中废酸和废水的

治理［Ｊ］．山东环境，２００２（６）：４５－４６．

［２］徐亮，周俐群．钛白粉生产酸性废水处理工艺技术研究［Ｊ］．污染

防治技术，１９９８，１１（２）：１１３－１１５．

Ｃａ（ＯＨ）２溶液，因此会增加一定成本；电石渣本身成

分即为Ｃａ（ＯＨ）２，而且具有颗粒细小的特点，因此不需要进行熟化处理可以直接配制成质量分数为１０％的Ｃａ（ＯＨ）２溶液。根据核算，采用石灰处理该废水的运行费用为５．２７元／ｔ，采用电石渣处理该废水的运行费用为２．３９元／ｔ。从运行成本上来讲电石渣有明

显的优势。但是由于电石渣含有相当多的水分，占用面积大，因此在堆放过程中占用厂区土地较多，也会增加管理成本。

（４）硫酸钙废渣的处理费用。无论是采用电石渣还是石灰处理该废水，均产生硫酸钙废渣。根据以上实验，按ｍ（石灰）∶ｍ（电石渣）＝１∶１．１５计，采用电石渣可增加５％左右的硫酸钙渣。由于硫酸钙渣增加量不大，可以忽略不计。目前该渣主要是填埋处理，还没有一个合理的综合利用的途径。

［作者简介］李刚（１９７８—），２００２年毕业于郑州大学环境工程专业，助

理工程师。电话：１３５２６８８６６３９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｇａｎｇ７４７＠１６３．ｃｏｍ。［收稿日期］２００６－１１－２７（修改稿）

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简 讯

浙江嵊新污水处理厂试通水运行

程处理规模１．５×１０５ｔ／ｄ，占地面积１．６×１０５ｍ２，计划总投资

嵊新污水处理工程是由浙江省嵊州市和新昌县两地政府共同出资完成的浙江省重点工程。工程规划建设一座处理规模为３．０×１０５ｔ／ｄ的城市污水处理厂和总长１７ｋｍ的截污干管。工程采用改良氧化沟工艺并分两期建设，其中一期工

４２亿元。工程自２００３年８月开始筹建，到２００６年１１月底，

厂区主体工程、附属工程、管线工程全部完成；２００６年１２月管线联动试通水运行成功。２５日晚，厂区、

摘自中国环境报２００７－０１－０２（６）

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