不銹鋼酸洗污泥熱壓過濾干燥實(shí)驗(yàn)研究

沈海泉 張旭光 楊澤斌 周明遠(yuǎn)

摘 要：闡述了酸洗污泥的來源、處理的必要性，通過實(shí)驗(yàn)初步探討了熱壓過濾干燥技術(shù)處理酸洗污泥的可行性和工藝參數(shù)，較經(jīng)濟(jì)參數(shù)為：壓力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加熱30min，出料含水率33.12%。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；酸洗廢液；酸洗污泥；熱壓過濾干燥

1 概述

生產(chǎn)不銹鋼過程中，要除掉原料表面的氧化鐵皮等物，常常用氫氟酸與硝酸配成的混酸清洗表面，該方法稱為酸洗。隨著混酸反復(fù)使用，酸濃度降低，酸洗效果下降時(shí)就需要排放廢酸洗液并補(bǔ)充新酸，廢酸洗液需要經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后排放。目前，大部分酸洗廢水主要采用石灰中和沉淀[1]，由于石灰對重金屬沉淀效果差，反應(yīng)過程中有大量石灰未參加反應(yīng)就被其他絮體包裹而沉于污泥中，加之除氟要求投加的生石灰過量，導(dǎo)致酸洗污泥產(chǎn)量大。中和沉淀工藝中和后的水相可以作為普通廢水直接排放，但產(chǎn)生的酸洗污泥中含有未去除的鎳、鉻、鐵等重金屬和殘酸，屬于危險(xiǎn)廢棄物，還需要進(jìn)一步處理處置，否則會產(chǎn)生二次污染，所以，提高酸再生率，同時(shí)減少由酸洗廢液產(chǎn)生的污泥以及對酸洗污泥的處理是經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重要求。文章將著重介紹不銹鋼酸洗污泥的熱壓過濾干燥技術(shù)。

2 酸洗污泥的熱壓過濾干燥技術(shù)

酸洗污泥的處理中都涉及脫水減量，含水率過高的污泥易污染設(shè)備和廠區(qū)環(huán)境，不方便運(yùn)輸，影響后續(xù)處理處置。對酸洗污泥脫水是必要的，傳統(tǒng)脫水方法有：機(jī)械脫水和熱力脫水。機(jī)械脫水存在極限值，熱力脫水則耗能高。酸洗污泥熱壓脫水工藝可突破傳統(tǒng)機(jī)械脫水極限并有效節(jié)能，可一次性將酸洗污泥脫水至水分低于20%，獲得干燥的污泥[2-3]，解決酸洗污泥的脫水減量、運(yùn)輸和委托處理困難等問題。

2.1 實(shí)驗(yàn)概況

2.1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)所用酸洗污泥為張家港奔球不銹鋼管廠產(chǎn)生的酸洗污泥，其來料含水率為80%，化學(xué)元素組分綜合分析結(jié)果，見表1。

表1 不銹鋼管酸洗污泥元素及組分綜合分析 %

2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用的熱壓脫水過濾裝置由周明遠(yuǎn)教授等自主設(shè)計(jì)制造，其原理是將機(jī)械脫水與熱力脫水集成于一體，脫水效果好，能耗低。熱壓過濾干燥分二部分實(shí)現(xiàn)：機(jī)械過濾成餅階段和干燥脫水階段。前者與傳統(tǒng)的機(jī)械過濾相同，研究表明，純機(jī)械過濾存在過濾極限，因此，該階段過濾時(shí)間需要根據(jù)不同物料的實(shí)際情況控制，一般選定物料成餅時(shí)間作為本階段的控制時(shí)間[4]。在第一階段結(jié)束后開始加熱干燥板，靠近干燥板的濾餅內(nèi)的毛細(xì)管水先受熱氣化，產(chǎn)生與干燥板平行的飽和蒸汽面，稱為飽和蒸汽脫水峰面[5-6]，脫水峰面逐漸向干燥板反方向移動，最終穿透濾餅，在脫水峰面移動傳質(zhì)傳熱的同時(shí)，亦產(chǎn)生蒸汽壓力過濾推動力，推動濾餅內(nèi)一部分毛細(xì)水以液態(tài)的形式被熱蒸汽頂出濾餅，越過了傳統(tǒng)熱力干燥必須將水變?yōu)闅鈶B(tài)脫離過濾體系的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了非相變干燥脫水，從而降低能耗，此亦為熱壓過濾干燥工藝的一大亮點(diǎn)[7-8]。

蒸汽壓力過濾推動力可用克拉珀龍-克勞修斯公式表示：

Ps=4.1868InT+C

式中：Ps為在溫度T 時(shí)的飽和蒸汽壓，單位MPa ；V″為蒸汽水的比體積，V'為液體水的比體積，單位都是m3/kg；R是汽化潛熱，單位kJ/kg；T為絕對溫度，單位K；C為常數(shù)。在壓力Ps不變的情況下對系統(tǒng)進(jìn)行加熱，若要保持公式平衡，則必須有更多的液體汽化，這就是熱壓過濾干燥脫水的理論基礎(chǔ)[9]。

1-機(jī)架；2-干燥板；3-熱壓隔膜濾板；4-熱介質(zhì)導(dǎo)入管路；5-熱介質(zhì)導(dǎo)出管路；6-壓縮空氣管路；7-濾液與真空管路

圖1

圖1是實(shí)驗(yàn)所用干燥壓濾機(jī)總體設(shè)計(jì)簡圖[10]。它是由機(jī)架、干燥板、熱壓隔膜濾板、熱介質(zhì)導(dǎo)入和導(dǎo)出管路、壓縮空氣管路和濾液與真空管路等部件組成。干燥板和熱壓隔膜濾板間隔置于機(jī)架上，形成若干熱壓過濾單元，輸料總管通過軟管與各支路管連接。干燥壓濾機(jī)的核心部分是熱壓過濾單元機(jī)構(gòu)，其兼有過濾和干燥兩種功能。本設(shè)備過濾同壓濾機(jī)工作方式一樣，即各板壓緊后中心入料，濾液水流出濾室內(nèi)形成飽和濾餅，之后的熱壓干燥包括熱介質(zhì)通入各干燥板，通入壓縮空氣進(jìn)行隔膜擠壓濾餅，同時(shí)濾室抽真空，維持一定時(shí)間后拉開各板卸出干燥濾餅，這就是完整的一個(gè)周期?？捎蔑柡驼羝?qū)嵊妥鳛闊峤橘|(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的流體熱介質(zhì)，均為閉路循環(huán)系統(tǒng)。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)用酸洗污泥入料30min后成餅狀況良好，機(jī)械壓濾階段出水速率較快，壓力維持在40Kpa，第二階段，用蒸汽做熱介質(zhì)為干燥板加熱，使干燥板溫度保持在80℃左右，隔膜腔室抽真空且維持真空度為0.06Mpa，熱壓干燥階段，開始加熱時(shí)濾餅出水重新出現(xiàn)一次高峰，后又趨于平緩，最后呈現(xiàn)液滴狀。每組次實(shí)驗(yàn)控制三個(gè)腔室入料，分別為有隔膜、加熱腔室；無隔膜、加熱腔室；有隔膜、不加熱腔室產(chǎn)生的三種濾餅。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表2。

表2 以機(jī)械過濾30min為前提各組別數(shù)據(jù)

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

不同組別的實(shí)驗(yàn)在第一階段均入料30min，基本達(dá)到機(jī)械脫水極限，調(diào)整第二階段加熱干燥時(shí)間，分別為30min，60min，90min，120min，分別測有隔膜、加熱，無隔膜、加熱，有隔膜、不加熱的出料含水率。結(jié)果表明，加熱相同時(shí)間，抽真空即有隔膜的干燥效果較好，脫水率與加熱時(shí)間成正相關(guān)，抽真空可縮短干燥時(shí)間。熱壓過濾干燥脫水在外界熱能作用下，一部分毛細(xì)水氣化產(chǎn)生推動力驅(qū)使另一部分毛細(xì)水以液態(tài)形式擠出，集成了傳統(tǒng)機(jī)械過濾和熱力干燥于一體，具有簡化工藝和節(jié)能降耗的特點(diǎn)，干燥板適宜溫度在80℃左右，將熱壓過濾干燥技術(shù)應(yīng)用與酸洗污泥的脫水干燥處理是可行的。

3 結(jié)論與展望

隨著我國環(huán)保要求的提高，不銹鋼酸洗污泥的處理壓力越來越大，迫切需要經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理技術(shù)變革，焙燒技術(shù)、膜技術(shù)、蒸酸技術(shù)都是有效的酸再生技術(shù)；傳統(tǒng)的中和技術(shù)產(chǎn)生的大量含重金屬酸洗污泥需要合理的處理和利用，應(yīng)引起足夠的重視。

熱壓過濾干燥技術(shù)處理酸洗污泥是可行的，且滿足處理目標(biāo)要求的較經(jīng)濟(jì)工藝參數(shù)為：壓力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加熱30min，出料含水率33.12%。

熱壓過濾干燥技術(shù)相比于傳統(tǒng)的過濾、干燥技術(shù)有明顯的簡化工藝和節(jié)能降耗優(yōu)勢，將其應(yīng)用于酸洗污泥的脫水干燥領(lǐng)域，可得到含水率低、體積大大減量的固體廢物。

由于酸洗污泥是一種含有重金屬的危險(xiǎn)廢棄物，產(chǎn)生單位傳統(tǒng)的選擇是直接外運(yùn)委托處置，若有效的將其脫水干燥減量，不僅節(jié)約了運(yùn)輸成本，將干燥后的污泥售于水泥廠或燒磚廠作為水泥和制磚的燒制原料也可以作為一種經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收的選擇，且重金屬經(jīng)過高溫煅燒后穩(wěn)定化符合環(huán)保要求。

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