窯氣廢水凈化過(guò)程過(guò)濾性能的研究

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(1.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052 ; 2.河南乾坤路橋工程有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453300)

窯氣廢水凈化過(guò)程過(guò)濾性能的研究

谷中鳴1，陳秋麗1，郭歌1，趙增兵1*，米偉2

(1.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052 ; 2.河南乾坤路橋工程有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453300)

窯氣廢水凈化處理過(guò)程固液分離是一個(gè)重要工序，通過(guò)測(cè)定過(guò)濾比阻，r=3.7×1011cm/g，該值較小，易于過(guò)濾，選擇采用離心機(jī)過(guò)濾，濾布材質(zhì)滌綸，目數(shù)300目，分離效果良好，該實(shí)驗(yàn)的實(shí)施為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化進(jìn)程的工藝制定和設(shè)備選型打下基礎(chǔ)。

窯氣廢水 ； 固液分離 ； 過(guò)濾比阻

Abstract:An important process is solid-liquid separation of kiln gas wastewater purification treatment process,through the determination of filtering ratio resistance,r=3.7×1011cm/g,this value is small.It is easy to filter,selected centrifuges to filter.Filter cloth material is polyester.The mesh number is 300.The separation effect is good.The implementation of this experiment lays the foundation for process planning and equipment selection in the process of industrialization.

Keywords:wastewater of kiln gas ; solid-liquid separation ; filtering ratio resistance

0 前言

青海堿業(yè)有限公司年產(chǎn)純堿120萬(wàn)t，共7座石灰窯，石灰窯生產(chǎn)能力20 t/h，每年產(chǎn)生窯氣廢水300萬(wàn)～360萬(wàn)t，中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司年產(chǎn)純堿100萬(wàn)t和10萬(wàn)t，有兩個(gè)石灰窯，每年產(chǎn)生窯氣廢水約350萬(wàn)t，青海五彩礦業(yè)有限公司年產(chǎn)純堿110萬(wàn)t，石灰窯每年產(chǎn)生窯氣廢水約300萬(wàn)t[1]。隨著資源綜合利用開(kāi)發(fā)的步伐，節(jié)能減排的大力提倡，部分企業(yè)面臨環(huán)保不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，窯氣廢水凈化處理綜合利用，既改善保護(hù)環(huán)境，又可節(jié)約大量新鮮水，達(dá)到資源循環(huán)合理利用的目的，也為企業(yè)的生存和發(fā)展提供更廣闊的空間。

石灰窯產(chǎn)生的窯氣溫度140～200 ℃，含有CO2、SO2、SO3、NOx及脈石和煤在高溫下分解產(chǎn)生的各種氣體，還有粉塵、燃料末等，經(jīng)過(guò)窯氣淋洗塔洗滌后，從窯氣洗滌塔底部排放出的廢水稱為“窯氣廢水”。窯氣廢水黑灰渾濁，成分復(fù)雜，含有多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，還含有顆粒細(xì)微且相對(duì)密度較小的固相物、粉煤灰和石灰石粉等，同時(shí)還含有各種可溶性窯氣或者這些氣體的水化物。窯氣廢水凈化處理過(guò)程，主要是采取加入無(wú)機(jī)和有機(jī)絮凝劑復(fù)合配方降低水中的無(wú)機(jī)和有機(jī)離子含量達(dá)到凈化目的，經(jīng)過(guò)一級(jí)沉降、二級(jí)沉降、離心過(guò)濾等工序?qū)崿F(xiàn)固液分離，廢渣含水量較低。過(guò)濾過(guò)程是一種由多因素相互共同作用的復(fù)雜的過(guò)程，濾餅的厚度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚，濾液量也不斷地增加，二者成一定的比例，濾餅越厚越阻礙過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，形成了過(guò)濾的阻力。過(guò)濾過(guò)程在生產(chǎn)過(guò)程中是關(guān)鍵步驟，該過(guò)程的好壞將直接影響水處理的效果、收率、成本及勞動(dòng)生產(chǎn)率，過(guò)濾工段的效率將直接影響實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，過(guò)濾性能的研究，對(duì)工程設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)操作具有一定的指導(dǎo)意義[2-4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

來(lái)自石灰窯的廢水3 L，加入復(fù)合凈水劑(生石灰+沉淀劑C+聚丙烯酰胺)處理后pH值為6.89，黏度1.6×10-4Pa/s，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2原理

單位質(zhì)量的濾渣在一定壓力下過(guò)濾時(shí)在單位面積上所受到的阻力稱為過(guò)濾比阻。過(guò)濾比阻是表征過(guò)濾特性的綜合指標(biāo)，求此值的作用是比較不同物料的過(guò)濾性能。過(guò)濾比阻越大，過(guò)濾性能越差。過(guò)濾時(shí)，濾液體積V與壓強(qiáng)差P、過(guò)濾面積F、過(guò)濾時(shí)間t成正比，與過(guò)濾阻力R、濾液黏度μ成反比[5-7]。過(guò)濾基本方程為：

式中：V，濾液體積，mL；A，過(guò)濾面積，cm2；t，過(guò)濾時(shí)間，s；P，真空度，Pa；μ，濾液黏度，Pa/s；R，過(guò)濾介質(zhì)初始阻抗，mL；r，過(guò)濾比阻，cm/g；S，濾餅的可壓縮性指數(shù)，一般取值在0～1；c，獲得單位體積濾液時(shí)截留在過(guò)濾介質(zhì)上的濾餅質(zhì)量，g/mL。

設(shè)真空度P為恒定，濾餅為不可壓縮，S=0，將上述方程積分并整理后得：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將t/V對(duì)應(yīng)的V值繪成直線，采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸求出直線的斜率b，則可算出過(guò)濾比阻：

此式可以看出，在濾液黏度、過(guò)濾面積和真空度相對(duì)恒定的條件下，增加c值或減小b值，均可降低過(guò)濾比阻。當(dāng)比阻>10×1011cm/g時(shí)為難過(guò)濾，在比阻為(5～9)×1011cm/g時(shí)為中等，比阻<4×1011cm/g時(shí)為易過(guò)濾。

1.3過(guò)程裝置及方法

布氏漏斗中鋪好過(guò)濾面積64 cm2的中速定性濾紙，取300 mL已加入復(fù)配水處理劑處理后的廢水水樣倒入布氏漏斗中，打開(kāi)真空泵并調(diào)整好真空度，當(dāng)壓力到達(dá)恒定時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)秒表，并記下開(kāi)動(dòng)時(shí)計(jì)量管內(nèi)的濾液體積(體積在計(jì)算時(shí)減去)，然后每間隔一定時(shí)間t(開(kāi)始過(guò)濾時(shí)每隔10 s或15 s，濾速減慢后每隔30 s或60 s)記下計(jì)量管內(nèi)相應(yīng)的濾液量V，一直過(guò)濾至真空破壞。過(guò)濾完畢，將濾餅烘干稱重。然后以t/V為縱坐標(biāo)，以V為橫坐標(biāo)作圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出一條直線，求出直線斜率b值，求出過(guò)濾比阻r值。緩沖瓶的作用是穩(wěn)定壓力和防止濾液中揮發(fā)出的液相成分進(jìn)入真空泵。過(guò)濾裝置如圖1所示。

圖1 過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

2.1過(guò)濾濾餅性能研究

取經(jīng)復(fù)合凈水劑處理后的窯氣廢水水樣300 mL，在真空度為0.2×105Pa的條件下，測(cè)該水樣的過(guò)濾比阻，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 過(guò)濾比阻的測(cè)定結(jié)果

過(guò)濾完后濾餅濕含量3.616 g，烘干稱重1.872 g。液體濃度c=0.006 24 g/mL。作t/V-V關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 t/V-V關(guān)系

直線斜率b為0.002 3 s/mL2，代入公式求得r=3.75×1011cm/g。同上方法做三次平行樣，分別為3.57×1011、3.75×1011、3.78×1011cm/g，平均值為3.7×1011cm/g。該過(guò)濾比阻值較小，屬于易于過(guò)濾，因此可以采用機(jī)械脫水設(shè)備進(jìn)行過(guò)濾。在過(guò)濾過(guò)程中逐漸形成濾餅層，懸浮液的過(guò)濾阻力集中在濾餅中，濾紙的厚度對(duì)過(guò)濾影響不是很大。

2.2濾布材質(zhì)的選擇

濾布的選擇對(duì)過(guò)濾效果的影響極大，濾布性能的好壞直接影響過(guò)濾效果。目前最常見(jiàn)的有合成纖維經(jīng)紡織而成的濾布，根據(jù)其材質(zhì)的不同可分為滌綸、維綸、丙綸、錦綸等幾種[8]。

不同材質(zhì)的濾布性能比較見(jiàn)表2。

表2 不同材質(zhì)的濾布性能比較

窯氣廢水中加入復(fù)合凈水劑進(jìn)行處理后的懸濁液pH值約為7，溫度<60 ℃，機(jī)械過(guò)濾脫水處理中濾布材質(zhì)使用棉紡布、無(wú)紡布、篩網(wǎng)、濾紙及微孔膜不合適，使用滌綸、維綸、丙綸、錦綸都可以，丙綸最好，滌綸次之，錦綸和維綸最差，結(jié)合經(jīng)濟(jì)上的考慮，使用滌綸最好。

2.3過(guò)濾方式的選擇

采用實(shí)驗(yàn)室板框壓濾機(jī)(壓力0.6 MPa，最少15 L，壓濾面積1 m2)和實(shí)驗(yàn)室過(guò)濾離心機(jī)(1 000 r/min，直徑300 mm)，滌綸為濾布材質(zhì)，考察濾布目數(shù)分別為120、200、300、450目對(duì)過(guò)濾速度、濾餅含水量的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 過(guò)濾設(shè)備、濾布目數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響

結(jié)果顯示，隨著濾布目數(shù)的增大，采用離心機(jī)設(shè)備過(guò)濾速度逐漸減小，濾餅濕含量逐漸增大，但變化不是很明顯，COD和TDS的值為48 μm(300目)時(shí)較好；采用板框壓濾機(jī)設(shè)備過(guò)濾速度逐漸減小，濾餅濕含量逐漸增大，但變化不明顯，COD和TDS的值為48 μm(300目)時(shí)較好，采用離心機(jī)設(shè)備過(guò)濾比板框壓濾機(jī)速度較快，濾餅濕含量基本相似，COD和TDS的值為48 μm(300目)時(shí)較好。

離心機(jī)具有設(shè)備小、效率高、分離能力強(qiáng)、操作條件好、泥餅較干，但耗能大、設(shè)備易磨損、對(duì)污泥的預(yù)處理要求高且最好使用高分子水處理劑處理的特點(diǎn)。壓濾機(jī)具有作用壓力較大、耗能小、成本較低、維修較方便，但拆裝頻繁、濾布易壞、管理麻煩、當(dāng)污泥顆粒小且不均勻、有機(jī)顆粒和有機(jī)溶質(zhì)多時(shí)過(guò)濾性能較差的特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)的效果，我們選擇采用離心機(jī)過(guò)濾，濾布材質(zhì)滌綸，目數(shù)為300目。

3 結(jié)論

窯氣廢水凈化處理回收利用，加入沉淀劑和絮凝劑等實(shí)現(xiàn)固液分離，達(dá)到凈化水質(zhì)和循環(huán)利用的目的。固液分離過(guò)程過(guò)濾比阻值較小，屬于易于過(guò)濾，可以采用機(jī)械脫水設(shè)備進(jìn)行過(guò)濾。選擇采用離心機(jī)過(guò)濾，濾布材質(zhì)滌綸，目數(shù)300目，分離效果良好。該實(shí)驗(yàn)的實(shí)施為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化進(jìn)程的工藝制定和設(shè)備選型打下基礎(chǔ)。

[1] 丁思頌.青海堿業(yè)石灰窯煅燒及窯氣凈化技術(shù)[J].石油化工應(yīng)用,2007,26(1):64-67.

[2] 鄧新云,顏 鑫,盧云峰.活性石灰生產(chǎn)過(guò)程工藝條件的優(yōu)化[J].化工設(shè)計(jì),2008,18(2):22-27.

[3] 龔肇元,劉建生,劉 峰,等.從石灰窯氣體中脫出NOx、SOx的吸附分離法:CN,1242251A[P].2000.

[4] 柳 鋒.解偶聯(lián)劑對(duì)重金屬污水污泥性能的影響研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[5] 趙培濤,葛仕福,黃 瑛,等.壓濾式污泥過(guò)濾比阻測(cè)定方法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,41(1):155-159.

[6] 張東晨,戴 雯,常飛冀,等.煤泥水生物與非生物聯(lián)合絮凝絮體過(guò)濾比阻的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,46(3):614-621.

[7] 束 龍,張秀娟,張慶功,等.鐵法礦務(wù)局煤泥水過(guò)濾性能的研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1999,20(2):222-225.

[8] 鄭 利.冷凍法硝酸磷肥副產(chǎn)品粗硝鈣的過(guò)濾性能研究[J].磷肥與氮肥,2006,21(4):39-41.

StudyonFiltrationPerformanceofKilnGasWastewaterPurificationProcess

GUZhongming1，CHENQiuli1,GUOGe1,ZHAOZengbing1*，MIWei2

(1.Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd , Zhengzhou 450052 , China ; 2.Henan Qiankun Road & Bridge Engineering Co.Ltd , Xinxiang 453300 , China)

X78

A

1003-3467(2017)09-0035-03

2017-06-20

谷中鳴(1968-)，男，高級(jí)工程師，從事化工環(huán)保治理技術(shù)與評(píng)價(jià)工作，電話：13683823369，E-mail:13683823369@163.com；聯(lián)系人：趙增兵(1983-)，男，副研究員，從事精細(xì)化工工藝及測(cè)試工作，電話：15537180625，E-mail:harwb@126.com。