纯碱窑气废水净化处理工艺

　　窑气废水：石灰窑产生的窑气，温度为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。该废水由于其含有杂质多，成分复杂，净化难度大，处理比较困难，一直成为企业环境治理的老大难问题。废水COD含量的189.09mg/L。

　　国内外对蒸氨废液的处理已经有很多研究和报道，采用改进蒸馏技术或设备的方法、分批次少量掺入化灰水再利用、自然沉降蒸发等，现在还有根据蒸氨废液和窑气废水的各自特点，提出以污治污的构思，至今未工业化应用。欧洲最大的纯碱生产企业，斯捷利塔马克斯克纯碱水泥联合企业，把纯碱废水澄清后直接注入油田。俄罗斯、德国、法国、英国、比利时、保加利亚等国所有的纯碱厂都是把废水澄清后，清液直接排入河中。我国大部分纯碱厂都建在沿海，他们通过二次海水勾兑之后，使废水达到国家排放标准，然后排入大海。

　　石灰石和焦炭按一定比例送到石灰窑煅烧，得到生石灰(CaO)和CO2，通过窑气分离器分离出夹带的较大颗粒粉尘后，进入窑气洗涤塔进行细微颗粒的洗涤和窑气降温，再经过电除尘塔再一次洗涤，合格的窑气压缩后送到碳化塔制碱。石灰煅烧窑产生的窑气净化处理，每生产1t纯碱用于窑气洗涤塔的水量一般为2.5~3m3。回收利用窑气洗涤塔的洗涤废水，使石灰工序的污水达到零排放，减少循环水的消耗量，节约新鲜水。综合考虑工艺过程、经济效益和环境因素，制定总体工艺处理流程。本文通过研究窑气废水复合型净水剂配方的优化及工艺条件实验，以COD的去除率为评价指标，得到较纯净的再生水，达到循环使用的要求。

　　一、主要仪器及原料

　　1.1主要仪器

　　ZXCOD-1型COD测定仪，上海海恒机电仪表有限公司；JJ-1型定时电动搅拌器，江苏正基仪器有限公司；101-1型电热鼓风干燥箱，上海胜启仪器仪表有限公司；DF-101S型集热式磁力加热搅拌器，常州普天仪器制造有限公司；SHZ-D循环水式多用真空泵，天津市华鑫仪器厂。

　　1.2主要原料

　　窑气废水、阳离子聚丙烯酰胺(工业级)、生石灰(工业级)、聚合氯化铝铁(工业级)。

　　二、试验处理方法

　　2.1阳离子聚丙烯酰胺、生石灰分别处理工艺

　　准确量取300mL窑气废水，一定温度下分别加入一定量的0.5%阳离子聚丙烯酰胺溶液、聚合氯化铝溶液或生石灰，搅拌一定时间，过滤取样分析COD，考察窑气废水的处理效果。

　　2.2复合型净水剂处理

　　准确量取500mL窑气废水，一定温度下分别加入一定量的复合型净水剂，搅拌一定时间，过滤取样分析COD，考察窑气废水的处理效果。

　　三、结果与讨论

　　3.1阳离子聚丙烯酰胺处理工艺

　　阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种线性高分子化合物，具有多种活泼基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键，具有澄清净化作用、沉降作用、促进过滤作用、增稠及其它作用。本文通过单因素条件实验，分别考察加入阳离子聚丙烯酰胺的量、反应时间和反应温度对窑气废水的处理效果。

　　准确量取300mL窑气废水，20℃下分别加入0.5%阳离子聚丙烯酰胺溶液0.9、0.6、0.3、0.15、0.08mL，搅拌速度300r/min，搅拌时间1h，过滤取样分析，考察窑气废水的处理效果，结果见表1。

　　由表1可知，随着阳离子聚丙烯酰胺加入量的减少，废水COD先降低后增加，COD去除率在加入阳离子聚丙烯酰胺0.15mL时最大，达到89.23%。

　　准确量取300mL窑气废水，20℃下分别加入0.5%阳离子聚丙烯酰胺溶液0.15mL，搅拌速度300r/min，搅拌时间分别5、10、20、40、60min，过滤取样分析，考察窑气废水的处理效果，结果见表2。

　　由表2可知，随着反应时间的延长，COD在10min时最小，去除率最大，达到90.43%。

　　准确量取300mL窑气废水，一定温度下加入0.5%阳离子聚丙烯酰胺溶液0.15mL，搅拌速度300r/min，搅拌时间10min，过滤取样分析，考察窑气废水的处理效果，结果如表3所示。

　　由表3可知，随着反应温度的升高，COD逐渐升高，20℃时COD的去除率最大，达到90.43%。用0.5%阳离子聚丙烯酰胺溶液处理窑气废水，最佳试验条件为：反应温度20℃，反应时间10min，每300mL窑气废水加入阳离子聚丙烯酰胺的量为0.15mL，COD的去除率达到90%，但仍不能满足再生水水质≤15mg/L的要求。

　　3.2生石灰处理工艺

　　窑气中含有CO2、SO2、SO3、NOx及脉石在高温下分解产生的各种气体，经过淋洗塔洗涤后水中也含有这些气体或者这些气体的水合物，与生石灰反应后生成碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙及钙的硝酸盐化合物等，这些物质溶解度比较小，能有效地降低窑气废水中的一些成分。随着石灰的加入，水的pH值升高，使许多金属离子以氢氧化物的形式沉淀，或由于化学吸附作用使金属离子吸附于碳酸钙、氢氧化镁沉淀上除去，水的硬度降低。因此，理论上采用生石灰中和窑气废水能达到较好的效果。进行单因素条件实验，分别考察加入生石灰的量、反应时间和反应温度对窑气废水的处理效果。

　　准确量取500mL窑气废水，20℃下分别加入生石灰0.25、0.5、1.0、2.0g，搅拌速度300r/min，搅拌时间1h，过滤取样分析，考察对窑气废水的处理效果，结果如表4所示。

　　由表4可知，随着生石灰加入量的增加，COD逐渐降低，但变化不大。在加入生石灰0.25g时COD去除率达94.57%。

　　准确量取500mL窑气废水，20℃加入生石灰0.25g，搅拌速度300r/min，搅拌时间分别为10、16、27、60min，过滤取样分析，考察对窑气废水的处理效果，结果如表5所示。

　　由表5可知，随着反应时间的延长，27min以后COD变化不明显，去除率达到94.64%。

　　准确量取500mL窑气废水，一定温度下加入生石灰0.25g，搅拌速度300r/min，搅拌时间10min，过滤取样分析，考察对窑气废水的处理效果，结果如表6所示。

　　由表6可知，随着反应温度的升高，COD值逐渐降低，在60℃时最低，去除率为94.91%，与20℃时的去除率94.64%相比，差别很小。

　　3.3复合型净水剂处理工艺

　　通过采用几种吸附剂、无机絮凝剂和有机絮凝剂单独净化处理窑气废水，净化效果都不是很理想，水中还残存一些无机或者有机离子。单独使用氧化钙的处理效果最好，且企业自产，来源方便，价格便宜，可作为净化处理剂的主要原料，再根据处理效果加入适量的辅料，设计了复合型净水剂配方。准确量取500mL窑气废水，20℃下加入生石灰0.20g，搅拌速度300r/min，搅拌30min，然后加入沉淀剂C(聚合氯化铝铁)。一定温度下搅拌一段时间，再在室温下加入0.5%阳离子聚丙烯酰胺，搅拌10min，过滤取样分析，测COD的含量，考察加入沉淀剂C的量、反应温度、反应时间和阳离子聚丙烯酰胺的量对窑气废水的处理效果影响，设计四因素三水平正交试验，结果如表7所示。

　　由表7可知，影响净化效果的显著性因素顺序是：加入沉淀剂C的量>阳离子聚丙烯酰胺的量>反应温度>反应时间。最佳反应条件为：加入沉淀剂C的量为0.04g，反应温度60℃和反应时间15min，加入阳离子聚丙烯酰胺的量0.10mL。

　　根据最佳反应条件，重复试验。准确量取500mL窑气废水，20℃下加入生石灰0.20g，搅拌速度300r/min，搅拌30min，然后加入沉淀剂C0.04g，60℃下搅拌15min，再加入0.5%阳离子聚丙烯酰胺0.10mL，搅拌10min，过滤取样分析，测得COD含量3.50mg/L，COD去除率达到98.1%，处理净化效果最好。

　　四、小结

　　窑气废水经净化处理后，既净化环境又节约新鲜水，可以取代新鲜水用于石灰的消化，制成合格石灰乳。复配净水剂的使用效果较好，能够使废水中的无机物和有机物杂质粒子快速沉淀，不会造成二次污染，复配净水剂配方合理，价格较低，使用方便，净化效果较好，水质指标达到要求。该项目实现了污水再利用，节省新鲜水，降低企业的成本，达到节能减排的要求。为企业实现绿色发展和水污染防治攻坚战奠定了夯实的基础，为解决企业水污染问题提供根本之策。（来源：河南省化工研究所有限责任公司）