純堿企業(yè)窯氣廢水凈化處理的工藝技術(shù)研究

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052)

良好的生態(tài)環(huán)境是實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是全面加強生態(tài)環(huán)境保護、打好污染防治攻堅戰(zhàn)的要求。企業(yè)必須要環(huán)保達標(biāo)、節(jié)能減排，為滿足資源可以綜合合理利用，達到節(jié)能減排的要求，研究純堿企業(yè)窯氣廢水再利用意義較大。[1-3]。

窯氣廢水：石灰窯產(chǎn)生的窯氣，溫度為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，含有多種有機物和無機物，還含有顆粒細(xì)微且相對密度較小的固相物、粉煤灰和石灰石粉等，同時還含有各種可溶性窯氣或者這些氣體的水化物。該廢水由于其含有雜質(zhì)多，成分復(fù)雜，凈化難度大，處理比較困難，一直成為企業(yè)環(huán)境治理的老大難問題。廢水COD含量的189.09 mg/L。

國內(nèi)外對蒸氨廢液的處理已經(jīng)有很多研究和報道，采用改進蒸餾技術(shù)或設(shè)備的方法、分批次少量摻入化灰水再利用、自然沉降蒸發(fā)等，現(xiàn)在還有根據(jù)蒸氨廢液和窯氣廢水的各自特點，提出以污治污的構(gòu)思，至今未工業(yè)化應(yīng)用。歐洲最大的純堿生產(chǎn)企業(yè)，斯捷利塔馬克斯克純堿水泥聯(lián)合企業(yè)，把純堿廢水澄清后直接注入油田。俄羅斯、德國、法國、英國、比利時、保加利亞等國所有的純堿廠都是把廢水澄清后，清液直接排入河中。我國大部分純堿廠都建在沿海，他們通過二次海水勾兌之后，使廢水達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，然后排入大海[4-7]。

石灰石和焦炭按一定比例送到石灰窯煅燒，得到生石灰(CaO)和CO2，通過窯氣分離器分離出夾帶的較大顆粒粉塵后，進入窯氣洗滌塔進行細(xì)微顆粒的洗滌和窯氣降溫，再經(jīng)過電除塵塔再一次洗滌，合格的窯氣壓縮后送到碳化塔制堿。石灰煅燒窯產(chǎn)生的窯氣凈化處理，每生產(chǎn)1 t純堿用于窯氣洗滌塔的水量一般為2.5～3 m3[8-10]?；厥绽酶G氣洗滌塔的洗滌廢水，使石灰工序的污水達到零排放，減少循環(huán)水的消耗量，節(jié)約新鮮水。綜合考慮工藝過程、經(jīng)濟效益和環(huán)境因素，制定總體工藝處理流程。本文通過研究窯氣廢水復(fù)合型凈水劑配方的優(yōu)化及工藝條件實驗，以COD的去除率為評價指標(biāo)，得到較純凈的再生水，達到循環(huán)使用的要求。

1 主要儀器及原料

1.1 主要儀器

ZXCOD-1型COD測定儀，上海海恒機電儀表有限公司；JJ-1型定時電動攪拌器，江蘇正基儀器有限公司；101-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海勝啟儀器儀表有限公司；DF-101S型集熱式磁力加熱攪拌器，常州普天儀器制造有限公司；SHZ-D循環(huán)水式多用真空泵，天津市華鑫儀器廠。

1.2 主要原料

窯氣廢水、陽離子聚丙烯酰胺(工業(yè)級)、生石灰(工業(yè)級)、聚合氯化鋁鐵(工業(yè)級)。

2 試驗處理方法

2.1 陽離子聚丙烯酰胺、生石灰分別處理工藝

準(zhǔn)確量取300 mL窯氣廢水，一定溫度下分別加入一定量的0.5%陽離子聚丙烯酰胺溶液、聚合氯化鋁溶液或生石灰，攪拌一定時間，過濾取樣分析COD，考察窯氣廢水的處理效果。

2.2 復(fù)合型凈水劑處理

準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，一定溫度下分別加入一定量的復(fù)合型凈水劑，攪拌一定時間，過濾取樣分析COD，考察窯氣廢水的處理效果。

3 結(jié)果與討論

3.1 陽離子聚丙烯酰胺處理工藝

陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)是一種線性高分子化合物，具有多種活潑基團， 可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵，具有澄清凈化作用、沉降作用、促進過濾作用、增稠及其它作用。本文通過單因素條件實驗，分別考察加入陽離子聚丙烯酰胺的量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對窯氣廢水的處理效果。

準(zhǔn)確量取300 mL窯氣廢水，20 ℃下分別加入0.5%陽離子聚丙烯酰胺溶液0.9、0.6、0.3、0.15、0.08 mL，攪拌速度300 r/min，攪拌時間1 h，過濾取樣分析，考察窯氣廢水的處理效果，結(jié)果見表1。

表1 陽離子聚丙烯酰胺的量對窯氣廢水處理效果的影響

由表1可知，隨著陽離子聚丙烯酰胺加入量的減少，廢水COD先降低后增加，COD去除率在加入陽離子聚丙烯酰胺0.15 mL時最大，達到89.23%。

準(zhǔn)確量取300 mL窯氣廢水，20 ℃下分別加入0.5%陽離子聚丙烯酰胺溶液0.15 mL，攪拌速度300 r/min，攪拌時間分別5、10、20、40、60 min，過濾取樣分析，考察窯氣廢水的處理效果，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)時間對窯氣廢水處理效果的影響

由表2可知，隨著反應(yīng)時間的延長，COD在10 min時最小，去除率最大，達到90.43%。

準(zhǔn)確量取300 mL窯氣廢水，一定溫度下加入0.5%陽離子聚丙烯酰胺溶液0.15 mL，攪拌速度300 r/min，攪拌時間10 min，過濾取樣分析，考察窯氣廢水的處理效果，結(jié)果如表3所示。

表3 反應(yīng)溫度對窯氣廢水處理效果的影響

由表3可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，COD逐漸升高，20 ℃時COD的去除率最大，達到90.43%。用0.5%陽離子聚丙烯酰胺溶液處理窯氣廢水，最佳試驗條件為：反應(yīng)溫度20 ℃，反應(yīng)時間10 min，每300 mL窯氣廢水加入陽離子聚丙烯酰胺的量為0.15 mL，COD的去除率達到90%，但仍不能滿足再生水水質(zhì)≤15 mg/L的要求。

3.2 生石灰處理工藝

窯氣中含有CO2、SO2、SO3、NOx及脈石在高溫下分解產(chǎn)生的各種氣體，經(jīng)過淋洗塔洗滌后水中也含有這些氣體或者這些氣體的水合物，與生石灰反應(yīng)后生成碳酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸鈣及鈣的硝酸鹽化合物等，這些物質(zhì)溶解度比較小，能有效地降低窯氣廢水中的一些成分。隨著石灰的加入，水的pH值升高，使許多金屬離子以氫氧化物的形式沉淀，或由于化學(xué)吸附作用使金屬離子吸附于碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀上除去，水的硬度降低。因此，理論上采用生石灰中和窯氣廢水能達到較好的效果。進行單因素條件實驗，分別考察加入生石灰的量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對窯氣廢水的處理效果。

準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，20 ℃下分別加入生石灰0.25、0.5、1.0、2.0 g，攪拌速度300 r/min，攪拌時間1 h，過濾取樣分析，考察對窯氣廢水的處理效果，結(jié)果如表4所示。

表4 生石灰加入量對窯氣廢水處理效果的影響

由表4可知，隨著生石灰加入量的增加，COD逐漸降低，但變化不大。在加入生石灰0.25 g時COD去除率達94.57%。

準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，20 ℃加入生石灰0.25 g，攪拌速度300 r/min，攪拌時間分別為10、16、27、60 min，過濾取樣分析，考察對窯氣廢水的處理效果，結(jié)果如表5所示。

表5 反應(yīng)時間對窯氣廢水處理效果的影響

由表5可知，隨著反應(yīng)時間的延長，27 min以后COD變化不明顯，去除率達到94.64%。

準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，一定溫度下加入生石灰0.25 g，攪拌速度300 r/min，攪拌時間10 min，過濾取樣分析，考察對窯氣廢水的處理效果，結(jié)果如表6所示。

表6 反應(yīng)溫度對窯氣廢水處理效果的影響

由表6可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，COD值逐漸降低，在60 ℃時最低，去除率為94.91%，與20 ℃時的去除率94.64%相比，差別很小。

3.3 復(fù)合型凈水劑處理工藝

通過采用幾種吸附劑、無機絮凝劑和有機絮凝劑單獨凈化處理窯氣廢水，凈化效果都不是很理想，水中還殘存一些無機或者有機離子。單獨使用氧化鈣的處理效果最好，且企業(yè)自產(chǎn)，來源方便，價格便宜，可作為凈化處理劑的主要原料，再根據(jù)處理效果加入適量的輔料，設(shè)計了復(fù)合型凈水劑配方。準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，20 ℃下加入生石灰0.20 g，攪拌速度300 r/min，攪拌30 min，然后加入沉淀劑C(聚合氯化鋁鐵)。一定溫度下攪拌一段時間，再在室溫下加入0.5%陽離子聚丙烯酰胺，攪拌10 min，過濾取樣分析，測COD的含量，考察加入沉淀劑C的量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和陽離子聚丙烯酰胺的量對窯氣廢水的處理效果影響，設(shè)計四因素三水平正交試驗，結(jié)果如表7所示。

由表7可知，影響凈化效果的顯著性因素順序是：加入沉淀劑C的量>陽離子聚丙烯酰胺的量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時間。最佳反應(yīng)條件為：加入沉淀劑C的量為0.04 g，反應(yīng)溫度60 ℃和反應(yīng)時間15 min，加入陽離子聚丙烯酰胺的量0.10 mL。

根據(jù)最佳反應(yīng)條件，重復(fù)試驗。準(zhǔn)確量取500 mL窯氣廢水，20 ℃下加入生石灰0.20 g，攪拌速度300 r/min，攪拌30 min，然后加入沉淀劑C 0.04 g，60 ℃下攪拌15 min，再加入0.5%陽離子聚丙烯酰胺0.10 mL，攪拌10 min，過濾取樣分析，測得COD含量3.50 mg/L，COD去除率達到98.1%，處理凈化效果最好。

表7 正交試驗結(jié)果

4 小結(jié)

窯氣廢水經(jīng)凈化處理后，既凈化環(huán)境又節(jié)約新鮮水，可以取代新鮮水用于石灰的消化，制成合格石灰乳。復(fù)配凈水劑的使用效果較好，能夠使廢水中的無機物和有機物雜質(zhì)粒子快速沉淀，不會造成二次污染，復(fù)配凈水劑配方合理，價格較低，使用方便，凈化效果較好，水質(zhì)指標(biāo)達到要求。該項目實現(xiàn)了污水再利用，節(jié)省新鮮水，降低企業(yè)的成本，達到節(jié)能減排的要求。為企業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展和水污染防治攻堅戰(zhàn)奠定了夯實的基礎(chǔ)，為解決企業(yè)水污染問題提供根本之策。