1、WELCOME TO DIRECTION二一三年十月二十六日二一三年十月二十六日 石材废水处理工艺研究及工程实例石材废水处理工艺研究及工程实例实验材料和分析方法实验材料和分析方法 石材废水的混凝小试研究结果 工程实例4 41 12 23 3 研究背景、意义及主要内容研究背景、意义及主要内容5 5试验结论和展望 前前 言言 近几年来，我国的石材行业取得了迅速发展。从80年代初年产40多万m3,排名世界第27位，到目前，经过近30年的发展，生产加工量已超过1亿m3，而我国的石材产量和出口创汇也位居于世界第二位。石材加工业已成为了国内个别城市的支柱产业。但是，在石材行业快速发展的同时，也带来了一系列
2、的环境污染问题。一方面石材的滥开发严重破坏周边的植被环境，造成水土流失，有的地方甚至产生泥石流灾害；另一方面在石材加工过程中产生的噪声、废石下脚料、废水等对环境造成严重污染。石材加工废水的排放给周边水体造成的污染已经引起人们的广泛关注。本论文以湖北省随县万和镇鑫源石材厂和天宇石材厂开采区石材废水为工程实例，对其开采区生产过程产生的废水进行研究和处理，以期找到适合随县石材开采废水处理的经济、适用处理方案。研究的背景研究的背景 随县石材资源以品种多、贮量大、品质优、分布广、易开发、成材率高而倍受青睐，其中花岗岩矿主要分布在吴山镇、万和镇、草店镇、淮河镇和小林镇等地，其中以吴山镇、万和镇最为集中，现
3、已查明储量3289.54万立方米，其花色品种“芝麻白”和“芝麻黄”，又称之为“白麻”和“黄金麻”，在全国石材行业享有盛誉。特别是近年来黄金麻畅销全国，供不应求。随县石材开采加工始于2006年，目前全县有石材开采、加工企业已经建好开始生产的有62家，其中吴山镇41家、万和镇17家，还有十几家在建。2012年完成工业总产值50亿元，占全县规模工业总产值的22%，发展趋势十分强劲。以石材产业为依托，物流运输、餐饮住宿、机械修理等相关产业得到迅猛发展，有效地转移了农村剩余劳动力，增加了农民收入。2009年随县成立，作为一个农业大县，几乎没有工业基础，为发挥资源优势，把石材加工业作为全县四大支柱产业之一
4、进行发展，县委县政府要求石材企业改进完善生产技术，增加产品品种，提高资源利用率和产品附加值，逐步淘汰落后产能和纯资源开采型企业，全力打造百亿元产业，争创华中石材产业大县和全国石材产业强县。国外较发达国家，为了提高成材率，大都采用先进的机械化台阶式开采，但因其开采成本昂贵，在我国只有极少数几家大型企业得以应用，大部分中小企业仍得不到推广。随县在大力发展石材产业的同时，出现了一系列的环境问题，其中石材废水污染就是问题之一。石材开采中产生的粉尘，经雨水冲刷形成污水流至下游，这类颗粒物在水中呈悬浮胶体状态，难以沉淀，废水中悬浮物含量可高达1000mg/L以上，再加上加工过程中使用的树脂胶，固化剂等辅助
5、材料，废水中很可能还残留一定量的有机物，因此，构成石材废水的主要污染物来自SS和COD，对周围群众饮用水源造成了很大影响，时常引起老百姓上访。大雨过后的小溪水大雨过后的小溪水石材废水流入老百姓的农田石材废水流入老百姓的农田 石材加工过程中产生的锯泥特别细密，随意排放后影响土壤的通透性，造成土壤严重板结，林木草皮大量枯死，农作物大幅减产。调查中发现，石材企业附近被锯泥侵蚀的田块中，农作物明显孱弱，导致产量降低。研究的意义研究的意义 鉴于随县石材对当地的经济贡献和它带来的环境污染问题。当地政府从2011年开始重视，先后多次召开专题整治会议，要求用“科学发展、可持续发展”的理念指导和推动石材整治工作
6、，引进和借鉴先进的污染防治技术及废料综合利用技术，用科学的技术支持产业的壮大。要通过规范整治行动，把石材产业打造成为科学发展的典型。虽然对开采加工企业进行了一系列的整改，加工区大切、小切、抛光废水进行循环利用，不外排，沉砂池进行了加固，但每家企业的开采区位于山区，地势陡峭，废水处理很难解决。被很多石材企业老板称之为“世界性的难题”。考虑到石材开采废水给山体表面植被农作物以及下游水源带来的各种污染，如何高效的处理加工废水成为石材行业业内人士十分关注的问题，解决废水的环境污染问题，便可以实现科学持续发展。本研究旨在通过一系列小试实验，寻找适宜的处理方法，并且确定最优工作条件，从而进一步在随县石材工
7、厂开采区搭建现场试运行构筑物，观察实际运行效果验证实验结果，最终使各石材开采区实现废水达标排放成为可行，让石材企业健康、规范、有序、持续发展成为现实。对当地来说也是迫在眉睫的任务。国内外有关研究现状国内外有关研究现状石材废水的特性 石材开采废水中主要污染物来源的三个方面：（1）石板经切割机切割后，产生的大量边角料、钢砂和大的颗粒物；（2）切割和石板磨边产生的大量石粉末；（3）补板、加固网和手加工工序所使用的树脂胶、固化剂等辅助原料的残留切割产生石粉和大的颗粒物、树脂胶和固化剂等辅助原料的残留杂质在水中以分子、胶体及悬浮颗粒形式分散，分散度极高导致难以沉淀，高SS排入水体，会污染周边区域的生产生
8、活用水可采用混凝工艺使悬浮颗粒聚集，形成絮体沉淀不同分散度的复合多元分散体系 实验材料及方法实验材料及方法 试验材料 对取自随县万和镇石材开采区白色废水（牛奶水、豆浆水）进行pH、SS和COD测定，以确定其主要成分。试验方法 pH-玻璃电极发；SS-重量法；CODCr-浓硫酸-重铬酸钾法；颗粒粒径-激光粒度分析仪 胶体稳定性质及双电层结构 国内外石材废水处理方法 目前国内外对石材加工废水的处理方法有多种，主要包括物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类，将污水所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质使水得到净化。石材废水的混凝小试研究结果 实验水样分析 结果 根据石材加工废水的
9、水样分析结果，废水中COD含量并不高，并且达到一级排放标准，pH值也在范围内，因此主要的污染物质来自悬浮物质。石材废水的颗粒粒径分布 可以从颗粒粒径分布图中看到废水中颗粒粒径从0.19130.11m，其中主要粒径分布在110m，这些颗粒在水中以悬浮物的形式存在，很难依靠自身重力下沉，因此采用传统的混凝沉淀方法估计可以达到处理目的，利用PAC的水解形成大量絮体，利用电性中和原理，吸附水中颗粒，再利用PAM的助凝效果，使絮体体积增大，絮体密度增加，最终在自身的重力下沉淀，从而去除水中的颗粒物质。单因素试验PAC单因素试验 根据PAC投加量的实验，得到PAC的最佳投加量在150mg/L 图图 PAC
10、单因素实验结果（从左到右单因素实验结果（从左到右PAC投加量为投加量为50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L）PAM单因素试验 图图 PAM单因素实验沉淀中单因素实验沉淀中 PAM单因素试验沉淀结束（单因素试验沉淀结束（PAM投加量从左至右投加量从左至右为为1mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L）从试验可以看出，向在投加PAC混凝剂之后投加PAM助凝剂会形成体积大而膨胀的絮体，并且在停止搅拌会开始快速下沉。PAM最佳投入量为15mg/L双因素多水平正交试验双因素多水平正交试验 通过以上两个实验分别得出PAC和PAM分别的最佳投加量分别为150m
11、g/L，15mg/L，当考虑两者因素共同波动时的最佳组合，我们选取以上最佳投加量值左右附近的值，并且缩小间距，并将混合阶段的转速的影响因素考虑进去，制定一个混合三因素多水平的正交试验，来得到三种因素共同作用时的最佳工况因素PAC浓度有四个水平，分别为100mg/L，120mg/L，150mg/L，180mg/L；因素PAM浓度有三个水平，分别为10mg/L，12mg/L，15mg/L；因素混合阶段的转速有三个水平，分别为200r/min，300r/min，400r/min。根据正交试验的原则，制定的混合正交表如下：从实验分析结果表中可以看出，当PAC投加量为150mg/L，PAM投加量为15m
12、g/L，混合阶段转速为400r/min时，混凝效果最好，处理后的上清液SS含量仅为1mg/L，远远超过一级排放标准要求的70mg/L。根据极差R的大小，可以判断各因素对试验指标的影响主次，本实验极差计算结果见上表，可见RARCRB，所以因素对试验指标影响的主次顺序为ACB，即PAC投加量对实验结果影响最大，其次是混合阶段的转速，PAM投加量对实验结果影响较小。COD(mg/L)SS(mg/L)pH原水35.1550.38.14出水13.727.25污水综合排放标准一级A标准100706.9 实验结论实验结论 根据以上单因素和多因素的正交试验，我们得出结论实验的最佳组合为PAC投加量150mg/
13、L，PAM投加量15mg/L，混合阶段转速400r/min，并且可以确定在这三个因素之中，PAC投加量的变化对实验结果的影响最大。由于正交试验的组合中没有最优组合的搭配，因此，我们最后按最优组合的水平进行混凝试验，观察最终的处理效果，并对最后的出水进行COD、SS的测量，实验结果如下：从表中结果中可以看到，出水的主要污染物质的含量已经减少到远远优于一级排放标准，可以安全排放。另外，考虑到实际工程中，进水的SS和COD有较大浮动，尤其是SS的浮动范围较大，最高时可达到1000mg/L以上，上表所列的原水SS值仅仅是平均值，因此，实际工程出水SS应该会高于小试实验的1mg/L，预测完全能够达标。图
14、图3.8 最优组合处理前后对比最优组合处理前后对比 石材废水处理工程实例石材废水处理工程实例 万和镇鑫源石材厂和天宇石材厂是在随县做石材开采加工比较早的两家企业，也正由于他们开采时间较早，开采区粉尘以及部分沉淀石粉经雨水冲刷流至山下七尖峰村，这种白色如同豆浆的水被当地老百姓形象的称之为“豆浆水”，当他流入到下游农民田地后造成农作物减产，土壤板结，而且通过地下渗透进入井水，给当地老百姓的生产、生活带来十分严重影响，引起农民多次上访投诉。我们在实验室对废水处理试验成功后，经过多次考察，决定选取两个企业开采区废水汇合处，进行治理工程试点。该地点位于万和镇尖峰村七组一处山谷中，周围三面环山，交通不是很
15、便利。工程于2013年4月正式启动，到2013年7月建设完工。废水处理试点工程地点的选取废水处理试点工程地点的选取 处理工艺流程土建投资 设备投资序号序号名称名称主要技术参数主要技术参数数量数量单价单价总价（万元）总价（万元）备注备注一格栅/沉砂池0.31.人工格栅栅条间距5mm10.30.3二调节池1.922.废水提升泵40UHB10-18，Q10m3/h，H=18m，N=2.2Kw20.81.61用1备3.液位控制器20.120.244.转子流量计10.080.08三混凝反应槽5.865.反应槽主体2.04.02.0m13.83.8钢防腐序号名称主要技术参数数量单价总价（万元）备注6.加药
16、计量泵Q200L/h，H=7ba20.250.57.配药溶药桶250L40.050.28.转子流量计20.080.169.减速搅拌机N=0.55kw20.61.2配搅拌桨四竖流式沉淀罐9.210.沉淀罐主体D=3.0，H=5.0m17.87.8钢防腐11.中心管直径200mm10.80.8配套反射板12.污泥泵32UHB8-12，Q8m3/h，H=12m，N=1.1Kw10.60.6序号名称主要技术参数数量单价总价（万元）备注五过滤罐5.0513.过滤罐主体D=1.8，H=2.0m14.54.5钢防腐14.配水系统1批0.30.315.滤料4.8m30.050.24六清水池1.216.反冲水泵
17、Q20m3/h，H=20m，N=3.0Kw11.21.2七污泥浓缩池1.817.螺杆泵Q7m3/h，P=0.6Mpa，N=3.0Kw20.91.8八污泥浓缩脱水机房9.518.卧螺离心脱水机机LW-25019.59.5带控制柜九控制室3.0序号名称主要技术参数数量单价总价（万元）备注19.控制柜13.03.0十其它辅助材料2.7电线电缆11.01.0管材配件11.02.0楼梯、护栏10.50.5仪表10.20.2合计40.53序号名称费用（万元）备注1土建19.02设备材料40.533小计59.534设计费2.9735%5运输安装费4.05210%6调试费5.95310%7利润5.95310%
18、8小计18.92 9工程税金5.13（3+8）6.54%工程总投资一览表10总价总价83.58（3+8+9）直接运行成本序号名称日费用（元）吨水费用（元/m3）一电费41.6二人工费50三药剂费49.6合计1.761.76/1.14(不含人工费）检测结果：7.127.15随县环境监测站对治理水样进行监测，未处理（进水口）水质中悬浮物为 1900mg/L左右，COD为32-45 mg/L；处理后（出水口）水质中悬浮物为50-62mg/L.符合当初设计的标准（SS70mg/L，COD100 mg/L）（该数值为当时天干少雨，水值很差时测定）结论与展望 通过上述实验我们可以得出结论：通过上述实验我们
19、可以得出结论：1）针对万和镇石材加工厂的废水水质，采用传统的絮凝沉淀方法，以PAC作为混凝剂，PAM最为助凝剂处理，即可达到有效的处理效果。2）根据正交试验结果，最优工作组合为PAC投药量150mg/L、PAM投药量15mg/L、第一阶段转速500r/min。并且通过实际工程运行验证，出水水质由未处理（进水口）水质中悬浮物为18361967mg/L，处理到出水口水质中悬浮物为5062mg/L，满足国家标准污水综合排放标准（SS70mg/L）3）观察实验现象可知，投加PAM对混凝过程絮体的形态和性质有较大影响，投加PAM后可明显观察到絮体体积增大，变得更加紧密，沉淀速度加快，510min左右就能
20、基本完成絮体的沉淀。4）根据正交试验数据结果，就因素对指标的影响程度分析得出，PAC投药量对实验结果指标影响最大，其次是混合阶段的转速，PAM投药量对实验结果影响较小，即PAC投药量的波动对指标造成的波动最大。5）相对于其他处理方法此方法有工艺简单，成本低廉的优点，比较适合在交通极其不便的石材开采区进行废水处理推广。展望展望1）混合阶段转速对试验指标的影响的研究还不够严谨，目前只是根据实际经验和参考文献选取的数据范围，没有对转速的取值进行进一步扩充，并且根据实验数据可知，继续增加转速还是有可能进一步提高处理效果，只是需要考虑实际工程的成本问题，提升转速同时就意味着增加成本。2）实验方案中混凝最
21、后阶段搅拌的目的其实是增加颗粒碰撞几率，促进絮体的形成和体积的增大，但是在实验过程中没有添加有关这一部分的对比试验来体现此阶段的作用，导致现象不明显。3）本研究中表征处理效果的指标只选择了SS，过于简单，不能多方面的来评价处理的效果。实际上本研究对处理后的水样同样进行了粒度分析，但由于处理之后的水中颗粒物质实在很少又细小，仪器无法检出，所以没有数据提供，但是后期应当对出水的浊度进行分析，补充浊度这一指标，更加有助于实验分析。4）混凝沉淀法会产生大量的污泥沉淀，这些污泥沉淀中不仅仅包含了石粉颗粒，还包括了原废水中的添加剂、树脂胶以及固化剂，还含有我们在混凝过程中投加的PAC和PAM，这一部分的污泥该如何处置在本研究中并没做深入讨论，但这显然是一个比较实际的问题。因为残留的PAC中的铝对人类身体健康是有潜在危害的，铝是引发老年痴呆的一个重要因素；此外，PAM是具有一定毒性。如果污泥没有处理好，这些物质进入土壤，混入地下水污染地下水源，则会给人类的健康带来威胁，这些产生的污泥应当该如何处置是亟待解决的重要问题。
