窯氣廢水凈化過程過濾性能的研究

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

窯氣廢水凈化過程過濾性能的研究

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 453300)

窯氣廢水凈化處理過程固液分離是一個重要工序，通過測定過濾比阻，r=3.7×1011cm/g，該值較小，易于過濾，選擇采用離心機過濾，濾布材質滌綸，目數300目，分離效果良好，該實驗的實施為實現工業化進程的工藝制定和設備選型打下基礎。

窯氣廢水 ； 固液分離 ； 過濾比阻

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

青海堿業有限公司年產純堿120萬t，共7座石灰窯，石灰窯生產能力20 t/h，每年產生窯氣廢水300萬～360萬t，中鹽青海昆侖堿業有限公司年產純堿100萬t和10萬t，有兩個石灰窯，每年產生窯氣廢水約350萬t，青海五彩礦業有限公司年產純堿110萬t，石灰窯每年產生窯氣廢水約300萬t[1]。隨著資源綜合利用開發的步伐，節能減排的大力提倡，部分企業面臨環保不達標的問題，窯氣廢水凈化處理綜合利用，既改善保護環境，又可節約大量新鮮水，達到資源循環合理利用的目的，也為企業的生存和發展提供更廣闊的空間。

石灰窯產生的窯氣溫度140～200 ℃，含有CO2、SO2、SO3、NOx及脈石和煤在高溫下分解產生的各種氣體，還有粉塵、燃料末等，經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，成分復雜，含有多種有機物和無機物，還含有顆粒細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。窯氣廢水凈化處理過程，主要是采取加入無機和有機絮凝劑復合配方降低水中的無機和有機離子含量達到凈化目的，經過一級沉降、二級沉降、離心過濾等工序實現固液分離，廢渣含水量較低。過濾過程是一種由多因素相互共同作用的復雜的過程，濾餅的厚度隨著時間的延長而增厚，濾液量也不斷地增加，二者成一定的比例，濾餅越厚越阻礙過濾過程的進行，形成了過濾的阻力。過濾過程在生產過程中是關鍵步驟，該過程的好壞將直接影響水處理的效果、收率、成本及勞動生產率，過濾工段的效率將直接影響實際生產的經濟效益，因此，過濾性能的研究，對工程設計及實際生產操作具有一定的指導意義[2-4]。

1 實驗部分

1.1主要原料

來自石灰窯的廢水3 L，加入復合凈水劑(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，現配現用。

1.2原理

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

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

設真空度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：

通過實驗，將t/V對應的V值繪成直線，采用最小二乘法進行線性回歸求出直線的斜率b，則可算出過濾比阻：

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

1.3過程裝置及方法

布氏漏斗中鋪好過濾面積64 cm2的中速定性濾紙，取300 mL已加入復配水處理劑處理后的廢水水樣倒入布氏漏斗中，打開真空泵并調整好真空度，當壓力到達恒定時，開始啟動秒表，并記下開動時計量管內的濾液體積(體積在計算時減去)，然后每間隔一定時間t(開始過濾時每隔10 s或15 s，濾速減慢后每隔30 s或60 s)記下計量管內相應的濾液量V，一直過濾至真空破壞。過濾完畢，將濾餅烘干稱重。然后以t/V為縱坐標，以V為橫坐標作圖，根據實驗數據繪出一條直線，求出直線斜率b值，求出過濾比阻r值。緩沖瓶的作用是穩定壓力和防止濾液中揮發出的液相成分進入真空泵。過濾裝置如圖1所示。

圖1 過濾實驗裝置

2 結果與討論

2.1過濾濾餅性能研究

取經復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，測該水樣的過濾比阻，實驗結果如表1所示。

表1 過濾比阻的測定結果

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

圖2 t/V-V關系

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。該過濾比阻值較小，屬于易于過濾，因此可以采用機械脫水設備進行過濾。在過濾過程中逐漸形成濾餅層，懸浮液的過濾阻力集中在濾餅中，濾紙的厚度對過濾影響不是很大。

2.2濾布材質的選擇

濾布的選擇對過濾效果的影響極大，濾布性能的好壞直接影響過濾效果。目前最常見的有合成纖維經紡織而成的濾布，根據其材質的不同可分為滌綸、維綸、丙綸、錦綸等幾種[8]。

不同材質的濾布性能比較見表2。

表2 不同材質的濾布性能比較

窯氣廢水中加入復合凈水劑進行處理后的懸濁液pH值約為7，溫度<60 ℃，機械過濾脫水處理中濾布材質使用棉紡布、無紡布、篩網、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，結合經濟上的考慮，使用滌綸最好。

2.3過濾方式的選擇

采用實驗室板框壓濾機(壓力0.6 MPa，最少15 L，壓濾面積1 m2)和實驗室過濾離心機(1 000 r/min，直徑300 mm)，滌綸為濾布材質，考察濾布目數分別為120、200、300、450目對過濾速度、濾餅含水量的影響，結果如表3所示。

表3 過濾設備、濾布目數對過濾效果的影響

結果顯示，隨著濾布目數的增大，采用離心機設備過濾速度逐漸減小，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)時較好；采用板框壓濾機設備過濾速度逐漸減小，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)時較好，采用離心機設備過濾比板框壓濾機速度較快，濾餅濕含量基本相似，COD和TDS的值為48 μm(300目)時較好。

離心機具有設備小、效率高、分離能力強、操作條件好、泥餅較干，但耗能大、設備易磨損、對污泥的預處理要求高且最好使用高分子水處理劑處理的特點。壓濾機具有作用壓力較大、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、當污泥顆粒小且不均勻、有機顆粒和有機溶質多時過濾性能較差的特點。結合實驗的效果，我們選擇采用離心機過濾，濾布材質滌綸，目數為300目。

3 結論

窯氣廢水凈化處理回收利用，加入沉淀劑和絮凝劑等實現固液分離，達到凈化水質和循環利用的目的。固液分離過程過濾比阻值較小，屬于易于過濾，可以采用機械脫水設備進行過濾。選擇采用離心機過濾，濾布材質滌綸，目數300目，分離效果良好。該實驗的實施為實現工業化進程的工藝制定和設備選型打下基礎。

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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，高級工程師，從事化工環保治理技術與評價工作，電話：13683823369，E-mail:13683823369@163.com；聯系人：趙增兵(1983-)，男，副研究員，從事精細化工工藝及測試工作，電話：15537180625，E-mail:harwb@126.com。