窑气废水净化过程过滤性能的研究

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(1.河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052 ; 2.河南乾坤路桥工程有限公司 ， 河南 新乡 453300)

窑气废水净化过程过滤性能的研究

谷中鸣1，陈秋丽1，郭歌1，赵增兵1*，米伟2

(1.河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052 ; 2.河南乾坤路桥工程有限公司 ， 河南 新乡 453300)

窑气废水净化处理过程固液分离是一个重要工序，通过测定过滤比阻，r=3.7×1011cm/g，该值较小，易于过滤，选择采用离心机过滤，滤布材质涤纶，目数300目，分离效果良好，该实验的实施为实现工业化进程的工艺制定和设备选型打下基础。

窑气废水 ； 固液分离 ； 过滤比阻

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

青海碱业有限公司年产纯碱120万t，共7座石灰窑，石灰窑生产能力20 t/h，每年产生窑气废水300万～360万t，中盐青海昆仑碱业有限公司年产纯碱100万t和10万t，有两个石灰窑，每年产生窑气废水约350万t，青海五彩矿业有限公司年产纯碱110万t，石灰窑每年产生窑气废水约300万t[1]。随着资源综合利用开发的步伐，节能减排的大力提倡，部分企业面临环保不达标的问题，窑气废水净化处理综合利用，既改善保护环境，又可节约大量新鲜水，达到资源循环合理利用的目的，也为企业的生存和发展提供更广阔的空间。

石灰窑产生的窑气温度140～200 ℃，含有CO2、SO2、SO3、NOx及脉石和煤在高温下分解产生的各种气体，还有粉尘、燃料末等，经过窑气淋洗塔洗涤后，从窑气洗涤塔底部排放出的废水称为“窑气废水”。窑气废水黑灰浑浊，成分复杂，含有多种有机物和无机物，还含有颗粒细微且相对密度较小的固相物、粉煤灰和石灰石粉等，同时还含有各种可溶性窑气或者这些气体的水化物。窑气废水净化处理过程，主要是采取加入无机和有机絮凝剂复合配方降低水中的无机和有机离子含量达到净化目的，经过一级沉降、二级沉降、离心过滤等工序实现固液分离，废渣含水量较低。过滤过程是一种由多因素相互共同作用的复杂的过程，滤饼的厚度随着时间的延长而增厚，滤液量也不断地增加，二者成一定的比例，滤饼越厚越阻碍过滤过程的进行，形成了过滤的阻力。过滤过程在生产过程中是关键步骤，该过程的好坏将直接影响水处理的效果、收率、成本及劳动生产率，过滤工段的效率将直接影响实际生产的经济效益，因此，过滤性能的研究，对工程设计及实际生产操作具有一定的指导意义[2-4]。

1 实验部分

1.1主要原料

来自石灰窑的废水3 L，加入复合净水剂(生石灰+沉淀剂C+聚丙烯酰胺)处理后pH值为6.89，黏度1.6×10-4Pa/s，现配现用。

1.2原理

单位质量的滤渣在一定压力下过滤时在单位面积上所受到的阻力称为过滤比阻。过滤比阻是表征过滤特性的综合指标，求此值的作用是比较不同物料的过滤性能。过滤比阻越大，过滤性能越差。过滤时，滤液体积V与压强差P、过滤面积F、过滤时间t成正比，与过滤阻力R、滤液黏度μ成反比[5-7]。过滤基本方程为：

式中：V，滤液体积，mL；A，过滤面积，cm2；t，过滤时间，s；P，真空度，Pa；μ，滤液黏度，Pa/s；R，过滤介质初始阻抗，mL；r，过滤比阻，cm/g；S，滤饼的可压缩性指数，一般取值在0～1；c，获得单位体积滤液时截留在过滤介质上的滤饼质量，g/mL。

设真空度P为恒定，滤饼为不可压缩，S=0，将上述方程积分并整理后得：

通过实验，将t/V对应的V值绘成直线，采用最小二乘法进行线性回归求出直线的斜率b，则可算出过滤比阻：

此式可以看出，在滤液黏度、过滤面积和真空度相对恒定的条件下，增加c值或减小b值，均可降低过滤比阻。当比阻>10×1011cm/g时为难过滤，在比阻为(5～9)×1011cm/g时为中等，比阻<4×1011cm/g时为易过滤。

1.3过程装置及方法

布氏漏斗中铺好过滤面积64 cm2的中速定性滤纸，取300 mL已加入复配水处理剂处理后的废水水样倒入布氏漏斗中，打开真空泵并调整好真空度，当压力到达恒定时，开始启动秒表，并记下开动时计量管内的滤液体积(体积在计算时减去)，然后每间隔一定时间t(开始过滤时每隔10 s或15 s，滤速减慢后每隔30 s或60 s)记下计量管内相应的滤液量V，一直过滤至真空破坏。过滤完毕，将滤饼烘干称重。然后以t/V为纵坐标，以V为横坐标作图，根据实验数据绘出一条直线，求出直线斜率b值，求出过滤比阻r值。缓冲瓶的作用是稳定压力和防止滤液中挥发出的液相成分进入真空泵。过滤装置如图1所示。

图1 过滤实验装置

2 结果与讨论

2.1过滤滤饼性能研究

取经复合净水剂处理后的窑气废水水样300 mL，在真空度为0.2×105Pa的条件下，测该水样的过滤比阻，实验结果如表1所示。

表1 过滤比阻的测定结果

过滤完后滤饼湿含量3.616 g，烘干称重1.872 g。液体浓度c=0.006 24 g/mL。作t/V-V关系图，如图2 所示。

图2 t/V-V关系

直线斜率b为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样，分别为3.57×1011、3.75×1011、3.78×1011cm/g，平均值为3.7×1011cm/g。该过滤比阻值较小，属于易于过滤，因此可以采用机械脱水设备进行过滤。在过滤过程中逐渐形成滤饼层，悬浮液的过滤阻力集中在滤饼中，滤纸的厚度对过滤影响不是很大。

2.2滤布材质的选择

滤布的选择对过滤效果的影响极大，滤布性能的好坏直接影响过滤效果。目前最常见的有合成纤维经纺织而成的滤布，根据其材质的不同可分为涤纶、维纶、丙纶、锦纶等几种[8]。

不同材质的滤布性能比较见表2。

表2 不同材质的滤布性能比较

窑气废水中加入复合净水剂进行处理后的悬浊液pH值约为7，温度<60 ℃，机械过滤脱水处理中滤布材质使用棉纺布、无纺布、筛网、滤纸及微孔膜不合适，使用涤纶、维纶、丙纶、锦纶都可以，丙纶最好，涤纶次之，锦纶和维纶最差，结合经济上的考虑，使用涤纶最好。

2.3过滤方式的选择

采用实验室板框压滤机(压力0.6 MPa，最少15 L，压滤面积1 m2)和实验室过滤离心机(1 000 r/min，直径300 mm)，涤纶为滤布材质，考察滤布目数分别为120、200、300、450目对过滤速度、滤饼含水量的影响，结果如表3所示。

表3 过滤设备、滤布目数对过滤效果的影响

结果显示，随着滤布目数的增大，采用离心机设备过滤速度逐渐减小，滤饼湿含量逐渐增大，但变化不是很明显，COD和TDS的值为48 μm(300目)时较好；采用板框压滤机设备过滤速度逐渐减小，滤饼湿含量逐渐增大，但变化不明显，COD和TDS的值为48 μm(300目)时较好，采用离心机设备过滤比板框压滤机速度较快，滤饼湿含量基本相似，COD和TDS的值为48 μm(300目)时较好。

离心机具有设备小、效率高、分离能力强、操作条件好、泥饼较干，但耗能大、设备易磨损、对污泥的预处理要求高且最好使用高分子水处理剂处理的特点。压滤机具有作用压力较大、耗能小、成本较低、维修较方便，但拆装频繁、滤布易坏、管理麻烦、当污泥颗粒小且不均匀、有机颗粒和有机溶质多时过滤性能较差的特点。结合实验的效果，我们选择采用离心机过滤，滤布材质涤纶，目数为300目。

3 结论

窑气废水净化处理回收利用，加入沉淀剂和絮凝剂等实现固液分离，达到净化水质和循环利用的目的。固液分离过程过滤比阻值较小，属于易于过滤，可以采用机械脱水设备进行过滤。选择采用离心机过滤，滤布材质涤纶，目数300目，分离效果良好。该实验的实施为实现工业化进程的工艺制定和设备选型打下基础。

[1] 丁思颂.青海碱业石灰窑煅烧及窑气净化技术[J].石油化工应用,2007,26(1):64-67.

[2] 邓新云,颜 鑫,卢云峰.活性石灰生产过程工艺条件的优化[J].化工设计,2008,18(2):22-27.

[3] 龚肇元,刘建生,刘 峰,等.从石灰窑气体中脱出NOx、SOx的吸附分离法:CN,1242251A[P].2000.

[4] 柳 锋.解偶联剂对重金属污水污泥性能的影响研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.

[5] 赵培涛,葛仕福,黄 瑛,等.压滤式污泥过滤比阻测定方法[J].东南大学学报:自然科学版,2011,41(1):155-159.

[6] 张东晨,戴 雯,常飞冀,等.煤泥水生物与非生物联合絮凝絮体过滤比阻的试验研究[J].中国矿业大学学报,2017,46(3):614-621.

[7] 束 龙,张秀娟,张庆功,等.铁法矿务局煤泥水过滤性能的研究[J].东北大学学报:自然科学版,1999,20(2):222-225.

[8] 郑 利.冷冻法硝酸磷肥副产品粗硝钙的过滤性能研究[J].磷肥与氮肥,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

谷中鸣(1968-)，男，高级工程师，从事化工环保治理技术与评价工作，电话：13683823369，E-mail:13683823369@163.com；联系人：赵增兵(1983-)，男，副研究员，从事精细化工工艺及测试工作，电话：15537180625，E-mail:harwb@126.com。