爐灰、廢酸水制水處理藥劑的研究

徐鎮(zhèn)雨

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

內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司天然氣設(shè)計能力40億m3/a，分為三期建設(shè)，2014年一期投產(chǎn)，設(shè)計配套動力鍋爐七爐五機，470t/h*5臺、29MV發(fā)電，一期投產(chǎn)運行4臺鍋爐，每年產(chǎn)動力爐灰24萬t，囤積在固廢填埋場。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)鹽酸來浸泡溶解爐灰中的氧化鋁得到氯化鋁[3]，可實現(xiàn)廢物的再利用。一期污水處理設(shè)計能力850t/h，主要裝置是主生化、深度處理、回用水處理等。

1 絮凝機理及爐灰性質(zhì)

1.1 絮凝機理

對水中膠體及顆粒物具有高度電中和橋聯(lián)功能，并可強力去除金屬離子，性狀穩(wěn)定。在水中與膠體顆粒所帶的負電荷瞬間產(chǎn)生中和作用，使膠體脫穩(wěn)，膠體顆粒迅速絮凝，并進一步架橋生成大絮團而快速沉淀。

1.2 爐灰組分數(shù)據(jù)

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

表1 爐灰中各種成分及含量 %

2 實驗

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，攪拌使爐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℃浸泡兩個多小時，用離心機在330r/min，離心分離8min，得到上清液為470mL，采用GB/T 22672—2014標準方法測定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中測定含有氧化鋁的質(zhì)量是0.02927g，測定出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℃浸泡兩個多小時，用離心機在330r/min，離心分離8min，得到上清液為310mL，采用GB/T 22672—2014標準方法測定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中測定含有氧化鋁的質(zhì)量是0.03992g，測定出這300g爐灰中含有氧化鋁是12.3752g。

通過比較，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)量沒有增加，此過程之后可以通過用水洗爐灰來洗出一部分殘存在爐灰中的氯化鋁，為了求證過濾掉的灰中有多少氯化鋁，試驗如下。

（3）稱取兩份100g的爐灰分別加入100mL和140mL的工業(yè)鹽酸，浸泡兩個小時后，將此浸泡液加水稀釋至500mL，經(jīng)過濾分別得濾液為378mL和390 mL，用GB/T 22672—2014中氧化鋁的測定，1mL酸浸泡液中含有氧化鋁的質(zhì)量是0.0165g和0.0160g，測定出這兩份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，浸泡兩個多小時，用離心機在330r/min，離心分離8min，得到上清液為127mL，用GB/T 22672—2014標準方法測定氧化鋁的含量，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，浸泡兩個多小時，用離心機在330r/min，離心分離8min，得到上清液為147mL，用GB/T 22672—2014標準方法測定氧化鋁的含量，1mL酸浸泡液中含有氧化鋁的質(zhì)量為0.0305g，測定出這100g灰中含有氧化鋁是4.48g。

通過實驗（1）與（3）得出100g爐灰在400mL與100mL的鹽酸下浸泡出來的氯化鋁量是幾乎相等的；且通過實驗（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有大的變化，因此得出100g灰在400mL的鹽酸液體中固液分離時，爐灰中夾帶的氯化鋁可以忽略不計。

通過實驗（4）與（5）的比較得出100g的爐灰與200mL（1+1）的鹽酸和260mL（1+1）的鹽酸浸泡出來的氧化鋁的質(zhì)量相近，如果再減少鹽酸的體積，浸泡時爐灰會因為液體太少而結(jié)塊，不利于化學反應(yīng)的進行，因此鹽酸的體積不再減少。

通過實驗（1）與（4）比較得出，實驗（1）中相當于100mL（1+1）的鹽酸能浸泡出1.720g的氧化鋁，實驗（4）中相當于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)選用實驗（4）的配比。

2.5 工業(yè)廢酸水的實驗

（1）反洗酸水酸度的測定：反洗酸水為化學制水樹脂床再生的廢水，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的氫氧化鈉標液進行滴定，至溶液滴定至橙色時即為終點，記錄氫氧化鈉標液的體積16.85mL。

（2）通過取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）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間浸泡液的氯化鋁含量（以氧化鋁計）

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：

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

（3）通過上述實驗得出在鹽酸質(zhì)量足夠氧化鋁理論上浸泡出來量的前提下，還要保證鹽酸的濃度，因此實驗室用質(zhì)量分數(shù)是30%的鹽酸，通過浸泡得出氧化鋁的量。

通過表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，測定上清液的pH為4時停止，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

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

通過表4得出：把所得酸浸泡液以氨水為堿化劑調(diào)至pH=4時，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)場模擬實驗

在生產(chǎn)裝置區(qū)現(xiàn)場進行模擬實驗，現(xiàn)場建立模擬運行裝置5m3/h，將所制得藥劑進行投用，測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，投用藥劑運行約5h后取樣分析，數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 現(xiàn)場模擬實驗裝置處理原水的試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

通過上述實驗得出，目前公司的現(xiàn)有資源是用（1+1）的工業(yè)鹽酸來浸泡爐灰方案可行，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。

實驗室用工業(yè)鹽酸浸泡爐灰得出的濾液，一種是用氨水調(diào)節(jié)pH=4左右時制得絮凝劑，另一種是自制的上清液經(jīng)過濃縮結(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、化學耗氧量都滿足工藝要求；通過現(xiàn)場處理裝置進行模擬實驗，經(jīng)過4~5h后測定處理過的污水中的濁度、懸浮物含量、氯離子含量均能滿足工藝的要求，所以實驗室運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。