爐灰、廢酸水制水處理藥劑的研究

徐鎮(zhèn)雨

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古赤峰 025350）

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司天然氣設(shè)計(jì)能力40億m3/a，分為三期建設(shè)，2014年一期投產(chǎn)，設(shè)計(jì)配套動(dòng)力鍋爐七爐五機(jī)，470t/h*5臺(tái)、29MV發(fā)電，一期投產(chǎn)運(yùn)行4臺(tái)鍋爐，每年產(chǎn)動(dòng)力爐灰24萬(wàn)t，囤積在固廢填埋場(chǎng)。由于煤灰中有一定量的氧化鋁[1]，而鋁鹽是絮凝劑的主要的原料[2]，利用公司的工業(yè)鹽酸來(lái)浸泡溶解爐灰中的氧化鋁得到氯化鋁[3]，可實(shí)現(xiàn)廢物的再利用。一期污水處理設(shè)計(jì)能力850t/h，主要裝置是主生化、深度處理、回用水處理等。

1 絮凝機(jī)理及爐灰性質(zhì)

1.1 絮凝機(jī)理

對(duì)水中膠體及顆粒物具有高度電中和橋聯(lián)功能，并可強(qiáng)力去除金屬離子，性狀穩(wěn)定。在水中與膠體顆粒所帶的負(fù)電荷瞬間產(chǎn)生中和作用，使膠體脫穩(wěn)，膠體顆粒迅速絮凝，并進(jìn)一步架橋生成大絮團(tuán)而快速沉淀。

1.2 爐灰組分?jǐn)?shù)據(jù)

用元素分析儀測(cè)定爐灰中的成分與含量，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 爐灰中各種成分及含量 %

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 合成方法

爐灰鹽酸酸化法，將爐灰與工業(yè)鹽酸按一定配比加入燒杯中，攪拌使?fàn)t灰中氧化鋁溶解在鹽酸中[5]，再將固液分離，之后有兩種方法可以制備絮凝劑：一種是用公司自產(chǎn)的氨水進(jìn)行鹽基度的調(diào)節(jié)至pH 4左右，得到液體聚合氯化鋁；另一種是將液體結(jié)晶得到固體氯化鋁，之后再將固體氯化鋁熱解得到熟料[6]，加水得到液體聚合氯化鋁。

2.2 儀器及器材

燒杯規(guī)格：250mL、500mL；移液管規(guī)格：1.00mL、2.00mL；玻璃棒。

2.3 試劑

酚氨回收單元的稀氨水。

2.4 爐灰與鹽酸的配比

固定酸量，取一定量的酸加入不同質(zhì)量的爐灰中：

（1）稱取200g的爐灰，加入800mL（1+1）鹽酸，在溫度約90℃浸泡兩個(gè)多小時(shí)，用離心機(jī)在330r/min，離心分離8min，得到上清液為470mL，采用GB/T 22672—2014標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中測(cè)定含有氧化鋁的質(zhì)量是0.02927g，測(cè)定出200g爐灰中含有氧化鋁是13.757g。

（2）稱取300g的爐灰，加入800 mL（1+1）鹽酸，在溫度約90℃浸泡兩個(gè)多小時(shí)，用離心機(jī)在330r/min，離心分離8min，得到上清液為310mL，采用GB/T 22672—2014標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中測(cè)定含有氧化鋁的質(zhì)量是0.03992g，測(cè)定出這300g爐灰中含有氧化鋁是12.3752g。

通過(guò)比較，由于固液分離后的灰中夾雜一部分氯化鋁，雖然固液分離后上清液濃度增高了，但是總的質(zhì)量沒(méi)有增加，此過(guò)程之后可以通過(guò)用水洗爐灰來(lái)洗出一部分殘存在爐灰中的氯化鋁，為了求證過(guò)濾掉的灰中有多少氯化鋁，試驗(yàn)如下。

（3）稱取兩份100g的爐灰分別加入100mL和140mL的工業(yè)鹽酸，浸泡兩個(gè)小時(shí)后，將此浸泡液加水稀釋至500mL，經(jīng)過(guò)濾分別得濾液為378mL和390 mL，用GB/T 22672—2014中氧化鋁的測(cè)定，1mL酸浸泡液中含有氧化鋁的質(zhì)量是0.0165g和0.0160g，測(cè)定出這兩份100g爐灰中含有氧化鋁是6.237g和6.240g。

（4）稱取100g的爐灰，加入200mL（1+1）鹽酸，浸泡兩個(gè)多小時(shí)，用離心機(jī)在330r/min，離心分離8min，得到上清液為127mL，用GB/T 22672—2014標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定氧化鋁的含量，1min酸浸泡液中含有氧化鋁的質(zhì)量為0.0346g，測(cè)定出這100g爐灰中含有氧化鋁是4.39g。

（5）稱取100g的爐灰，加入260mL（1+1）鹽酸，浸泡兩個(gè)多小時(shí)，用離心機(jī)在330r/min，離心分離8min，得到上清液為147mL，用GB/T 22672—2014標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中含有氧化鋁的質(zhì)量為0.0305g，測(cè)定出這100g灰中含有氧化鋁是4.48g。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)（1）與（3）得出100g爐灰在400mL與100mL的鹽酸下浸泡出來(lái)的氯化鋁量是幾乎相等的；且通過(guò)實(shí)驗(yàn)（3）得出在100g爐灰中多加100液體稀釋爐灰后得出的氧化鋁的量沒(méi)有大的變化，因此得出100g灰在400mL的鹽酸液體中固液分離時(shí)，爐灰中夾帶的氯化鋁可以忽略不計(jì)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)（4）與（5）的比較得出100g的爐灰與200mL（1+1）的鹽酸和260mL（1+1）的鹽酸浸泡出來(lái)的氧化鋁的質(zhì)量相近，如果再減少鹽酸的體積，浸泡時(shí)爐灰會(huì)因?yàn)橐后w太少而結(jié)塊，不利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，因此鹽酸的體積不再減少。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)（1）與（4）比較得出，實(shí)驗(yàn)（1）中相當(dāng)于100mL（1+1）的鹽酸能浸泡出1.720g的氧化鋁，實(shí)驗(yàn)（4）中相當(dāng)于100mL（1+1）的鹽酸能浸泡出2.195g的氧化鋁，核算藥劑成本出發(fā)，應(yīng)選用實(shí)驗(yàn)（4）的配比。

2.5 工業(yè)廢酸水的實(shí)驗(yàn)

（1）反洗酸水酸度的測(cè)定：反洗酸水為化學(xué)制水樹(shù)脂床再生的廢水，用吸量管取2mL水樣于250mL的錐形瓶中，加入50mL的純水，加3滴甲基橙試劑，用0.1067mol/L的氫氧化鈉標(biāo)液進(jìn)行滴定，至溶液滴定至橙色時(shí)即為終點(diǎn)，記錄氫氧化鈉標(biāo)液的體積16.85mL。

（2）通過(guò)取100g爐灰，在不同類型酸液和體積的酸液下浸泡得出氯化鋁（用氧化鋁計(jì)）的量。

表2數(shù)據(jù)的初步結(jié)論是：

表2 固定爐灰不同類型酸液不同時(shí)間浸泡液的氯化鋁含量（以氧化鋁計(jì)）

初步得出100g灰中大約含有氯化鋁最多是5.18g，根據(jù)氧化鋁與鹽酸的反應(yīng)方程式：

計(jì)算出5.18g的氧化鋁消耗鹽酸的質(zhì)量是12.46g，理論上計(jì)算得出：?。?+1）的工業(yè)鹽酸體積至少是84 mL。

（3）通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出在鹽酸質(zhì)量足夠氧化鋁理論上浸泡出來(lái)量的前提下，還要保證鹽酸的濃度，因此實(shí)驗(yàn)室用質(zhì)量分?jǐn)?shù)是30%的鹽酸，通過(guò)浸泡得出氧化鋁的量。

通過(guò)表3得出，目前公司的現(xiàn)有資源是用（1+1）的工業(yè)鹽酸來(lái)浸泡爐灰方案可行，爐灰與（1+1）鹽酸的比例為：100g爐灰用200mL（1+1）的工業(yè)鹽酸浸泡。

2.6 制備聚合氯化鋁

將浸泡的溶液固液分離后，將上清液進(jìn)行聚合得到聚合氯化鋁，一種是加氨水（酚氨回收裝置自產(chǎn)氨水，濃度約20%）調(diào)鹽基度，具體方法是：取一定量上清液，在上清液中加入轉(zhuǎn)子，然后放在電磁力攪拌器上，用微量針管緩慢向上清液中加入定量氨水，測(cè)定上清液的pH為4時(shí)停止，即得到絮凝效果較好的絮凝劑。另一種方法是用熱解的方法制得絮凝劑，具體的方法是：將上清液在電爐上加熱結(jié)晶得到固體結(jié)晶氯化鋁，將結(jié)晶氯化鋁在170℃下進(jìn)行沸騰熱解，放出的氯化氫用水吸收制成20%鹽酸加回收。然后加水在90℃左右進(jìn)行熟化聚合。

2.7 絮凝效果的觀察

2.7.1 用氨水制得的聚合氯化鋁絮凝效果的觀察

首先測(cè)原水的濁度是90NTU。用氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)使浸泡溶液的pH=4，再與采購(gòu)的聚丙烯酰胺（PAM）配合使用，以濁度為指標(biāo)來(lái)看絮凝的效果，如4表所示。

通過(guò)表4得出：把所得酸浸泡液以氨水為堿化劑調(diào)至pH=4時(shí)，將自制浸泡液加入到原水后的濁度大幅度地下降，在250mL的原水中自制浸泡液加入量為0.4mL時(shí)絮凝效果最好。

表4 氨水為堿化劑制得絮凝劑處理原水后的數(shù)據(jù)

2.7.2 沸騰熱解法制得聚合氯化鋁

自制聚合氯化鋁鹽基度（也叫堿化度）是74.42%，在1L的原水中加入不同量的自制聚合氯化鋁后，加入后沉降14h，測(cè)定的濁度、懸浮物、氯離子、COD的數(shù)值[7]如表5所示。

表5 熱解法制得絮凝劑處理原水后的數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)

在生產(chǎn)裝置區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)建立模擬運(yùn)行裝置5m3/h，將所制得藥劑進(jìn)行投用，測(cè)定投用藥劑后污水所處理后的水樣濁度、懸浮物含量、氯離子含量，投用藥劑運(yùn)行約5h后取樣分析，數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置處理原水的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出，目前公司的現(xiàn)有資源是用（1+1）的工業(yè)鹽酸來(lái)浸泡爐灰方案可行，爐灰與（1+1）鹽酸的比例為：100g爐灰用200mL（1+1）的工業(yè)鹽酸浸泡。

實(shí)驗(yàn)室用工業(yè)鹽酸浸泡爐灰得出的濾液，一種是用氨水調(diào)節(jié)pH=4左右時(shí)制得絮凝劑，另一種是自制的上清液經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶，結(jié)晶的氯化鋁在170℃下熱解后得到熟料，再加水聚合得到聚合氯化鋁，將此聚合氯化鋁加入污水中，處理后的污水中的濁度、懸浮物含量、氯離子含量、化學(xué)耗氧量都滿足工藝要求；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理裝置進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)4~5h后測(cè)定處理過(guò)的污水中的濁度、懸浮物含量、氯離子含量均能滿足工藝的要求，所以實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用爐灰制得的聚合氯化鋁藥劑是可應(yīng)用于模擬工藝的現(xiàn)場(chǎng)。