純堿窯氣廢水凈化處理工藝

　　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(guò)窯氣淋洗塔洗滌后，從窯氣洗滌塔底部排放出的廢水稱(chēng)為“窯氣廢水”。窯氣廢水黑灰渾濁，成分復(fù)雜，含有多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，還含有顆粒細(xì)微且相對(duì)密度較小的固相物、粉煤灰和石灰石粉等，同時(shí)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(wèn)題。廢水COD含量的189.09mg/L。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)蒸氨廢液的處理已經(jīng)有很多研究和報(bào)道，采用改進(jìn)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(diǎn)，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(guó)、法國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)、保加利亞等國(guó)所有的純堿廠(chǎng)都是把廢水澄清后，清液直接排入河中。我國(guó)大部分純堿廠(chǎng)都建在沿海，他們通過(guò)二次海水勾兌之后，使廢水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，然后排入大海。

　　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(guò)窯氣分離器分離出夾帶的較大顆粒粉塵后，進(jìn)入窯氣洗滌塔進(jìn)行細(xì)微顆粒的洗滌和窯氣降溫，再經(jīng)過(guò)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)1t純堿用于窯氣洗滌塔的水量一般為2.5~3m3?；厥绽酶G氣洗滌塔的洗滌廢水，使石灰工序的污水達(dá)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(guò)程、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境因素，制定總體工藝處理流程。本文通過(guò)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(shí)驗(yàn)，以COD的去除率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到較純凈的再生水，達(dá)到循環(huán)使用的要求。

　　一、主要儀器及原料

　　1.1主要儀器

　　ZXCOD-1型COD測(cè)定儀，上海海恒機(jī)電儀表有限公司；JJ-1型定時(shí)電動(dòng)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(chǎng)。

　　1.2主要原料

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

　　二、試驗(yàn)處理方法

　　2.1陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、生石灰分別處理工藝

　　準(zhǔn)確量取300mL窯氣廢水，一定溫度下分別加入一定量的0.5%陽(yáng)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(shí)間，過(guò)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500mL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(shí)間，過(guò)濾取樣分析COD，考察窯氣廢水的處理效果。

　　三、結(jié)果與討論

　　3.1陽(yáng)離子聚丙烯酰胺處理工藝

　　陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)是一種線(xiàn)性高分子化合物，具有多種活潑基團(tuán)，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(jìn)過(guò)濾作用、增稠及其它作用。本文通過(guò)單因素條件實(shí)驗(yàn)，分別考察加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)窯氣廢水的處理效果。

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

　　由表1可知，隨著陽(yáng)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(yáng)離子聚丙烯酰胺0.15mL時(shí)最大，達(dá)到89.23%。

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

　　由表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD在10min時(shí)最小，去除率最大，達(dá)到90.43%。

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

　　由表3可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，COD逐漸升高，20℃時(shí)COD的去除率最大，達(dá)到90.43%。用0.5%陽(yáng)離子聚丙烯酰胺溶液處理窯氣廢水，最佳試驗(yàn)條件為：反應(yīng)溫度20℃，反應(yīng)時(shí)間10min，每300mL窯氣廢水加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的量為0.15mL，COD的去除率達(dá)到90%，但仍不能滿(mǎn)足再生水水質(zhì)≤15mg/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(guò)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(dá)到較好的效果。進(jìn)行單因素條件實(shí)驗(yàn)，分別考察加入生石灰的量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)窯氣廢水的處理效果。

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

　　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0.25g時(shí)COD去除率達(dá)94.57%。

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

　　由表5可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，27min以后COD變化不明顯，去除率達(dá)到94.64%。

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

　　由表6可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，COD值逐漸降低，在60℃時(shí)最低，去除率為94.91%，與20℃時(shí)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(guò)采用幾種吸附劑、無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑單獨(dú)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(wú)機(jī)或者有機(jī)離子。單獨(dú)使用氧化鈣的處理效果最好，且企業(yè)自產(chǎn)，來(lái)源方便，價(jià)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(jì)了復(fù)合型凈水劑配方。準(zhǔn)確量取500mL窯氣廢水，20℃下加入生石灰0.20g，攪拌速度300r/min，攪拌30min，然后加入沉淀劑C(聚合氯化鋁鐵)。一定溫度下攪拌一段時(shí)間，再在室溫下加入0.5%陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，攪拌10min，過(guò)濾取樣分析，測(cè)COD的含量，考察加入沉淀劑C的量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的量對(duì)窯氣廢水的處理效果影響，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，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(yáng)離子聚丙烯酰胺的量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間。最佳反應(yīng)條件為：加入沉淀劑C的量為0.04g，反應(yīng)溫度60℃和反應(yīng)時(shí)間15min，加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的量0.10mL。

　　根據(jù)最佳反應(yīng)條件，重復(fù)試驗(yàn)。準(zhǔn)確量取500mL窯氣廢水，20℃下加入生石灰0.20g，攪拌速度300r/min，攪拌30min，然后加入沉淀劑C0.04g，60℃下攪拌15min，再加入0.5%陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.10mL，攪拌10min，過(guò)濾取樣分析，測(cè)得COD含量3.50mg/L，COD去除率達(dá)到98.1%，處理凈化效果最好。

　　四、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(wú)機(jī)物和有機(jī)物雜質(zhì)粒子快速沉淀，不會(huì)造成二次污染，復(fù)配凈水劑配方合理，價(jià)格較低，使用方便，凈化效果較好，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了污水再利用，節(jié)省新鮮水，降低企業(yè)的成本，達(dá)到節(jié)能減排的要求。為企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和水污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)，為解決企業(yè)水污染問(wèn)題提供根本之策。（來(lái)源：河南省化工研究所有限責(zé)任公司）