关于冶炼烟气制酸酸性水两级处理的研究:冶炼烟气制酸

　　摘要:详细介绍了某化工集团利用铜冶炼烟气制酸所产生的酸性水溶液的二级处理工艺流程,并介绍了在此过程中起作用的EX3000助沉剂。试验表明向800mL酸性水中投入EX3000助沉剂3mL并使其在搅拌转速130r／min的条件下反应40min时,其处理最佳。经过该方法处理后的废水中P(As)2.13mg／L、W(H2SO4)0.431％、P(Cu)0.18mg／L、悬浮物含量为57mg／L。该公司已建成酸性水两级处理系统,并投入运行。
　　关键词:硫酸生产 酸性水 二级处理
　　某化工集团现有8套制酸系统,加上即将进行扩产,届时硫酸的总产能将超过4500kt／a,酸性污水排量将达到720m3／h,超出了集团现有污水处理能力。随着集团这些年来做了大量关于酸I生水减排和循环再利用的工作。在酸陛水处理中主要采用“源头沉降、汇集除害、分流减排”的思路[1]:一是出于提高酸性水酸度和降低净化工序补充水量的目的,强制循环净化工序循环稀酸。二是采用了将硅酸钠加入循环酸中,空塔内放置石英石及将玻璃丝纤维铺设至冷却塔顶等手段组成的三级除氟工艺;三是在脱除外排酸性水中的砷和重金属离子时采用了两级处理工艺。通过在净化工序和干吸工序重复利用部分酸性水,大大降低了所需要处理的污水量,削减了68％左右的污水排放量。酸性水两级处理工艺的研究和实际运行状况简介如下:
　　1、酸性水溶液的二级处理工艺[2]
　　酸性水处理的一般思路是:收集制酸系统净化出的酸性水,然后送入脱气塔内,在塔内利用负大气压抽入空气,使得酸性溶液中溶解的SO2可以在与空气的接触中被除去,再收集该气体,将其返回制酸系统利用;经过这一工序后的酸性水再采用两级工艺加以处理以除去酸性溶液中的金属离子。
　　2、助沉剂EX3000的作用机理
　　EX3000助沉剂是一种含有的羧基(COOH)、氨基(NH)、羟基(OH),等官能团及带负电荷的阴离子的化学基体,它是由某种真菌接种体和有机酸盐水溶液形成的。它的作用机理主要是金属离子与有机高分子化合物发生反应而形成不溶于水的微离子球体。而且这些微离子球体在污水中运动时,可以吸引其它微离子球体和金属络合物,使其结合形成絮状体。助沉剂EX3000可以除去酸性溶液中的大部分过渡金属及其复盐,并且能在溶液水质发生变化时,也发挥良好的去污效果。
　　3、相关试验
　　试验采用1000mL烧杯,装入800mL的原水,原水的成分以化工厂产生的酸性水的实际工况为准。该试验主要用来确定加药量和相关反应的参数。
　　3.1 二级处理中助沉剂的用量
　　助沉剂EX3000的特点是可以使酸性溶液中的正二价和正三价的离子发生络合反应,其用量与污水酸度和金属离子含量成正比。试验所用酸性水的工况与化工厂内的酸性污水情况一致。通过在相同搅拌转速和反应时间下逐步增加药剂量,测出铜离子在反应后酸性水中的含量。根据其结果绘制出加药量与铜离子去除率的关系,如图1。
　　由图1可见,去除率上升最快的区间位于药剂投加量在1.5～3mL时,超过这一水平后去除率变化明显趋缓。根据实验可知,800mL酸性水溶液的最佳加药量为3mL。
　　3.2 二级处理所需要的反应时间
　　为了找出在二级处理中的最佳反应时间,现对实验条件为:水量800mL、加药量3mL、搅拌转速62r／min的水样进行试验。在10—60min的二级反应时间内,以5min为时间间隔,测定经过处理后的酸性水中铜离子含量,绘制出铜离子去除率与反应时间关系曲线图（如图2）。
　　由图2可见,在800mL的试样中投加3mL助沉剂,在反应时间为30～45min时,铜离子的去除率最高,超过45min后溶液中铜离子的去除率随着反应的继续呈下降趋势,因此确定反应的最佳时间为35min左右。
　　3.3 二级处理中搅拌转速和静置沉降时间的关系
　　为了找出在二级处理中的最佳搅拌转速,现对实验条件为:水量(800mL)、加药量(3mL)、反应时间(35min)的同一水样进行试验。第一份酸性水的搅拌转速为100r／min,之后每个试样以50r／min的搅拌转速递增。反应结束将试样静置一段时间,观察污泥沉淀情况,并记录沉淀的时间。抽取上部溶液测定铜离子含量,并绘制出铜离子去除率、污泥沉降时间与搅拌转速的关系图（如图3）。
　　由图3可见,当二级反应时的搅拌转速在250r／min以下时铜离子去除率基本稳定,搅拌转速超过250r／min时,沉降时间明显增加,所以根据实验结果选定200～250r／min为最佳搅拌转速。但是综合考虑多种因素后将最佳转速定为130r／min。
　　4、酸性水溶液处理流程[3]
　　4.1 工艺流程
　　该集团8套制酸系统的酸性水总排量为800m3／h,酸性水经过在脱气塔内脱除SO2后,汇入储槽内,再由排水泵送入含硫化钠溶液的管道式反应器内,并进行硫化处理,最后进入过滤器中进行过滤处理。过滤器内的上清液被分为两路,一路供净化工序再利用,另一路由助沉剂处理系统进行再次净化。助沉剂处理系统采用三级反应流程,经过反应过滤后的清夜部分被用于吸配酸工序,过滤器底排滤渣送危废处理系统加以处理。
　　4.2 设备选型[4]
　　4.2.1 管道式反应器
　　一级处理中添加的药剂为硫化钠,在净化工序中的管道式反应器由玻璃钢管道连接而成,以避免反应时的硫化气体外逸。硫化钠溶液和酸性水在管道式反应器内流动时充分反应,既保证了污水中金属离子脱出效果又解决了反应器密封的问题。而且反应器内的清液会将反应中产生硫化氢气体送入净化工序,避免了空气污染。
　　4.2.2 反应罐
　　由于在二级处理采用的添加剂为EX3000助沉剂,避免了有害气体的产生,因此可以采用带搅拌装置的反应罐作为反应设备。按酸性水溶液处理量为100m3／h、二级反应时间为35min来确定单台反应罐的规格和处理能力。该反应罐的工作方式为底部连续进水、上部连续出水,其搅拌转速被设置为130r／min,以保证污泥在反应过程中不会沉淀到底部。
　　4.3 运行效果
　　经过该方法处理后的废水中P(As)2.13mg／L、W(H2SO4)0.431％、P(Cu)0.18mg／L、悬浮物含量为57mg／L,成功的实现了酸性水的减排,在处理酸性水的过程中,实现了部分酸性水的循环利用,从而实现了资源的全面利用,体现了良好的社会经济效益。
　　5、结语
　　该集团采用的酸性水两级处理工艺具有设备投资少、维护运行费用低、工艺流程简单有效等优点,并可以有效实现酸性水的减排和循环利用。特别是采用EX3000作为二级处理的助沉剂,使得经过处理后的污水含P(As)在8mg／L以下。采用根据该集团具体情况设计的管道式反应器和反应罐,大大降低了硫化氢气体的排放,降低了设备和运行时的投入。助沉剂EX3000对酸性水溶液中砷和金属离子脱除效果明显,大大降低了酸性水的污染和排放。
　　参考文献
　　[1]董四禄.我国冶炼烟气制酸的现状及发展前景[J].硫酸工业,2005(01):23—26.
　　[2]王明军,时章明,孙平平,李明辉,杨双欢,李云新.制酸系统烟气净化工段热平衡测试与节能措施研究[J].有色冶金节能,2011(01).
　　[3]戴西民,聂翠云,岳凤洲.70t/h化学水处理站的运行和改造实践[J].硫酸工业,2011(04):31—36.
　　[4]常全忠.金川集团以硫资源为龙头产业链的发展与规划[J].硫酸工业,2010(6):11—15.