無(wú)機(jī)絮凝劑生產(chǎn)中干燥技術(shù)的應(yīng)用與展望

胡軍周 張硌 高紅利 李洪濤 郭雷 馬靈甲

摘要：絮凝法是水處理中應(yīng)用最廣、適用性最強(qiáng)、成本較低廉的一種方法，絮凝法的核心是絮凝劑。在絮凝劑生產(chǎn)中，固化干燥是關(guān)鍵工序。本文著重介紹了當(dāng)前無(wú)機(jī)高分子絮凝劑生產(chǎn)中干燥技術(shù)的應(yīng)用，分析了其存在的問(wèn)題，并對(duì)絮凝劑干燥技術(shù)今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)絮凝劑;干燥技術(shù);展望

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）12-00-02

Abstract：Flocculation and precipitation is the most widely used， most applicable and less expensive method in water treatment.The core of flocculation precipitation is flocculant. In flocculant production， curing drying is the key process.The drying method used in the production of flocculant is introduced emphatically in this paper，and analyzed its existence problems.The future development of flocculant drying method is forecasted.

Key words：Solid flocculant;Dry method;Outlook

伴隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，污水排放量日益增加，污水對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重。水資源的短缺，水環(huán)境的持續(xù)惡化，促使科技人員不斷研發(fā)出各種污水處理方法，諸如物化處理法、生物處理法、化學(xué)氧化法、電滲析、離子交換法、吸附法、膜分離法等。絮凝法作為最常用、最省錢(qián)、最重要的物化處理方法，具有工藝簡(jiǎn)單、易操作、效率高、費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，是目前污水處理中應(yīng)用最廣、適用性最強(qiáng)的一種方法。對(duì)于絮凝法污水處理，絮凝劑的選擇無(wú)疑是決定處理效果的關(guān)鍵因素。

自19世紀(jì)末硫酸鋁被應(yīng)用于給水處理以來(lái)，無(wú)機(jī)絮凝劑經(jīng)歷了由低分子到高分子、由單一型到復(fù)合型、由液態(tài)到固態(tài)、由簡(jiǎn)單粗放生產(chǎn)到大規(guī)模集約化生產(chǎn)的發(fā)展。

初期無(wú)機(jī)高分子絮凝劑只是簡(jiǎn)單的液體產(chǎn)品，雖然價(jià)格低廉、使用方便，但由于存儲(chǔ)、運(yùn)輸極不方便且費(fèi)用高等因素，嚴(yán)重影響了絮凝劑生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，制約了絮凝劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，將液體絮凝劑通過(guò)干燥的方法轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)品，不僅是生產(chǎn)企業(yè)的需求，更是絮凝劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

干燥的方法有多種，諸如：常溫常壓干燥（自然陳化）、負(fù)壓真空干燥、加熱干燥、冷凍干燥、機(jī)械脫水、紅外線干燥以及微波干燥等。隨著絮凝劑生產(chǎn)從小作坊到工業(yè)化、大規(guī)模的發(fā)展，采用的干燥方法也從自然陳化干燥發(fā)展到滾筒干燥和噴霧干燥。

1 陳化干燥法

陳化干燥法就是將聚合后的液體絮凝劑存放在特制箱體中，在自然條件下進(jìn)行沉淀分離進(jìn)而干燥粉碎成粉末。這種方法技術(shù)含量低、操作簡(jiǎn)單、投資小，能很好的保持產(chǎn)品性能，但耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)（一般一個(gè)周期需要20天以上），生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)過(guò)程中陳化設(shè)備采用箱體，每箱陳化產(chǎn)品數(shù)量有限，而且需要人工一箱一箱的制作、搬運(yùn)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高，生產(chǎn)環(huán)境惡劣。為了縮短干燥時(shí)間，隨后出現(xiàn)了加熱干燥（采用烘箱或烘房在一定溫度下進(jìn)行干燥）、負(fù)壓干燥（在密閉容器中抽真空后進(jìn)行干燥）等改進(jìn)方法，這些方法雖然能使干燥時(shí)長(zhǎng)有所減少，但仍然沒(méi)能解決生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弊端，而且熱能利用率差，產(chǎn)品成本不降反增。

陳化干燥法只是在20世紀(jì)70年代無(wú)機(jī)高分子絮凝劑發(fā)展初期的生產(chǎn)中被應(yīng)用，后逐步被淘汰，目前僅是在一些小作坊或產(chǎn)品試生產(chǎn)中使用。

2 滾筒干燥法

為滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的需要，20世紀(jì)80年代滾筒干燥機(jī)被引用于絮凝劑干燥生產(chǎn)中。由于其具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、投資少、占地面積小、干燥成本低等一系列優(yōu)勢(shì)，很快在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)大部分中、小規(guī)模絮凝劑生產(chǎn)廠均是采用滾筒干燥工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥。

滾筒干燥又稱轉(zhuǎn)鼓干燥，是一種熱傳導(dǎo)型連續(xù)干燥方式。滾筒干燥裝置由一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部加熱的旋轉(zhuǎn)滾筒組成。漿糊狀液態(tài)物料均勻涂布在滾筒外表面，通過(guò)滾筒的金屬壁把內(nèi)部的熱量傳遞給物料，物料內(nèi)水分受熱蒸發(fā)而得脫水產(chǎn)品。物料以膜狀涂布在滾筒表面，隨滾筒轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，當(dāng)水分含量達(dá)到要求的程度，在適當(dāng)位置裝置緊貼滾筒表面的刮刀，把干燥后的物料刮下，與滾筒分離[1]，剝離物料落入刮刀下方的螺旋輸送器，通過(guò)螺旋輸送器再將干物料集中、包裝。滾筒干燥通常用蒸汽做為熱源，也有用電加熱的裝置。張圣春、周杰等開(kāi)發(fā)出了由導(dǎo)熱油代替蒸汽作為加熱載體的導(dǎo)熱油滾筒干燥機(jī)，用于聚合氯化鋁的生產(chǎn)取得了理想的效果[2-3]。

雖然滾筒干燥有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有其缺點(diǎn)：一是滾筒使用壽命短，故障停機(jī)率高，這樣既影響連續(xù)生產(chǎn)，也大大增加了設(shè)備費(fèi)用所占的生產(chǎn)成本;二是由于設(shè)備、技術(shù)的限制，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn);三是制得的產(chǎn)品是片狀，要獲得在水中分散性和溶解性良好的粉末狀產(chǎn)品還需要增加粉碎工序。

3 噴霧干燥法

噴霧干燥顧名思義就是指將液態(tài)絮凝劑加壓后從霧化器噴出分散成霧滴，并利用熱空氣來(lái)干燥霧滴從而獲得粉末干品的一種方法。

噴霧干燥距今已有一百多年的發(fā)展歷史，最初只限于對(duì)蛋粉、奶粉等少數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，隨著不斷深入的研究和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已在化工、食品、農(nóng)產(chǎn)品加工、醫(yī)藥、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代初，當(dāng)噴霧干燥技術(shù)成功在唐山一家高品位聚合鋁絮凝劑生產(chǎn)廠等到應(yīng)用后，由于其具有操作控制方便、干燥時(shí)間短、生產(chǎn)連續(xù)性好、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，迅速在行業(yè)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。

噴霧干燥是典型的熱風(fēng)對(duì)流式傳熱干燥。噴霧干燥系統(tǒng)通常由噴頭、干燥器、預(yù)熱器、氣粉分離室、空氣濾過(guò)器、收集桶、鼓風(fēng)機(jī)等部分組成。液體絮凝劑經(jīng)過(guò)過(guò)濾器由泵輸送到噴霧干燥器頂端的霧化器中霧化為霧滴。與此同時(shí)，空氣進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、空氣加熱器及空氣分布器送入到噴霧干燥器的頂端;空氣和霧滴在噴霧干燥器頂端接觸、混合，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，完成干燥的過(guò)程，最終產(chǎn)品由塔底的收集裝置進(jìn)行收集，廢氣經(jīng)旋風(fēng)分離器由出風(fēng)口排入大氣[4～6]。

噴霧干燥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)顯著，但其不足也是不容忽視的。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在動(dòng)力消耗大，體積傳熱系數(shù)和熱效率均較低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作彈性較小，易發(fā)生沾壁現(xiàn)象，一次性投資大等。

4 其他干燥方法

在絮凝劑的固化生產(chǎn)中，除了常規(guī)的滾筒干燥、噴霧干燥外，還有其他的干燥技術(shù)的應(yīng)用案例。金洪珠等[7]采用液體聚合氯化鋁中加入助劑，然后進(jìn)行常溫熟化、干燥（或晾曬），從而制得固體聚合氯化鋁。鄭雅潔、彭超等[8]開(kāi)發(fā)出膨化法制備固體聚合硫酸鐵技術(shù)，利用膨化劑可大幅度縮短陳化干燥時(shí)間。張良佺等[9]采用減壓蒸發(fā)技術(shù)，用真空干燥箱進(jìn)行干燥，把制成的聚合硫酸鐵溶液在低于60℃的條件下蒸發(fā)濃縮得到固體產(chǎn)品。葉有權(quán)等[10]采用鼓風(fēng)氧化工藝制備固體聚合硫酸鐵。

5 問(wèn)題及展望

當(dāng)前，我國(guó)無(wú)機(jī)絮凝劑生產(chǎn)的干燥方法主要是滾筒干燥和噴霧干燥，噴霧干燥生產(chǎn)流程長(zhǎng)、設(shè)備投資大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，一般中小廠難以實(shí)施;滾筒干燥設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、停機(jī)率高、生產(chǎn)環(huán)境及安全性差;而其他干燥方法要么局限性大，要么耗時(shí)長(zhǎng)、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要。

干燥是復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，液體絮凝劑在被干燥過(guò)程中會(huì)發(fā)生不同程度、不同類型的物理或化學(xué)反應(yīng)，伴隨整個(gè)干燥過(guò)程的相關(guān)因素如溫度、壓力、干燥介質(zhì)等，將對(duì)絮凝劑成品的性狀（諸如色澤、絮凝效果、穩(wěn)定性等）產(chǎn)生不同程度的影響。因此，干燥技術(shù)的選擇，將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。

在無(wú)機(jī)絮凝劑生產(chǎn)線中，干燥是生產(chǎn)工藝的最后工序，其重要性不僅在于它直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，還在于它對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的效率和總能耗有較大的影響，從而影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。

伴隨著科技的快速發(fā)展，新型干燥技術(shù)、干燥工藝、干燥理念將會(huì)不斷涌現(xiàn)，未來(lái)用于無(wú)機(jī)絮凝劑生產(chǎn)的干燥方法必將遵循能源高效利用、產(chǎn)品質(zhì)量保障、不污染環(huán)境、易于操作控制的原則，將傳統(tǒng)干燥方法與新型干燥技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)出效能好、投資低、設(shè)備耐用、安全無(wú)污染、大型化的新型干燥設(shè)備，這對(duì)生產(chǎn)出成本更低、質(zhì)量更穩(wěn)定的固體絮凝劑將是一個(gè)有力的保障，也必將極大地促進(jìn)絮凝劑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2019-09-28

基金項(xiàng)目：河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：182102310882）;河南省科學(xué)院科研開(kāi)發(fā)專項(xiàng)（項(xiàng)目號(hào)：190201001）;河南省科學(xué)院科技開(kāi)發(fā)補(bǔ)助項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：190301001）

作者簡(jiǎn)介：胡軍周（1968-），男，工程師，研究方向?yàn)樗廴痉乐渭夹g(shù)。