13807030193
应用技术

应用技术

联系我们
联系人:朱先生
手机号码:13807030193
公司地址:江西省南昌市青山湖区罗家集前湖徐村1号厂房

镁剂脱硫废水中硫酸根离子去除方法

发布时间:2020-01-19 浏览次数:0

随着工业的发展和能源消耗的加剧,热电厂广泛应用湿式氧化镁法烟气脱硫工艺,由此产生了大量镁剂烟气脱硫废水(SO42-质量浓度可达6 g/L),该废水若不经处理直接排放,将产生具有恶臭味和腐蚀性的H2S气体,严重危害人体和水体平衡 〔1〕。目前,去除水体中SO42-的方法主要有生物法和物化法。生物法存在启动时间较长,处理速度慢,效率低,有机物消耗量大等问题〔2〕。物化法(如化学沉淀法)主要是通过生成硫酸钙和硫酸钡去除SO42-,其中,硫酸钙法因产生的硫酸钙溶度积较高,处理效果差;而硫酸钡法则需投加钡盐,成本较高。因此,亟需开发一种快速、经济、有效地去除水体中SO42-的方法〔3, 4〕。

钙矾石〔简称AFt,分子式为Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O或3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O〕是水泥受硫酸盐侵蚀,在水化硬化过程中Al3+、Ca2+和SO42-相结合形成的不溶性针状晶体。该晶体在94~400 ℃之间失去结晶水而处于无定形状态,吸水后可迅速恢复原来的晶体结构,体积膨胀,可以做混凝土膨胀剂〔5, 6〕,是混凝土的重要研究项目之一〔7, 8〕。采用钙矾石沉淀法处理硫酸盐废水,不仅能快速、经济、有效地去除SO42-,而且Ca2+、Al3+残留量很低,无二次污染,生成的沉淀钙矾石可以做混凝土膨胀剂。王海鹰等〔9〕采用铝/钙复盐法脱除工业废水中的SO42-,沉淀物为钙矾石。研究表明,当反应温度为25 ℃,反应时间为1 h,溶液 pH 为11.0,n(SO42-)∶n(Al3+)为 1.1时,废水中的SO42-可由1 720 mg/L 降至100 mg/L 以下;各因素对处理效果的影响由大至小依次为溶液 pH>铝盐加入量>反应时间。

本研究尝试采用钙矾石沉淀法处理镁剂烟气脱硫废水中的硫酸盐,探讨了pH、铝盐投加量、反应时间、搅拌速度、废水初始浓度等因素对SO42-去除率的影响,及pH对Ca2+、Al3+残留量的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

镁剂烟气脱硫废水取自某公司热电厂;Na2SO4、CaO、AlCl3,均为分析纯,购自广东西陇化工股份有限公司。

1.2 实验方法

通过ICP测定镁剂烟气脱硫废水中的离子组成及含量,先对废水进行共沉淀预处理,再对预处理后废水采用钙矾石沉淀法进行处理。钙矾石沉淀法实验步骤:取100 mL硫酸盐废水置于250 mL锥形瓶中,加入适量AlCl3,用CaO调节体系pH,恒温反应时间。反应结束后,用45 μm中性滤纸过滤出沉淀物,并分析滤液中SO42-含量,计算SO42-去除率。

1.3 分析方法

(1)电镜扫描与元素组成分析。采用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)进行沉淀产物形貌及元素组成分析。SEM:JSM-5600LV(JEOL,日本),二子探测器,背电子探测器,电压20 kV,放大倍数为12 000倍;EDS:IE 300 X(Oxford,英国),Si(Li)薄窗,X射线探测器,全数字化脉冲处理器,Mn的Kα处的分辨率优于132 eV,可测元素范围4Be~92U。

(2)金属离子浓度分析。采用PE ICP-OES Opti-ma 2100(铂金埃尔默公司,)检测滤液中金属离子浓度。ICP-OES 工作参数:等离子气流量1.5L/min,辅助气流量0.2 L/min,雾化器流量0.80 L/min,径向观察高度15 mm,积分时间3 s(取3次测量平均值),射频功率 1 300 W。

(3)SO42-浓度分析。依据HJ/T342-2007,用铬酸钡分光光度法(紫外-可见分光光度计,ZUV-8000S)分析SO42-浓度。

2 结果与讨论

2.1 钙矾石的制备与表征

在条件下,Al3+、Ca2+和SO42-结合可形成不溶性钙矾石沉淀,反应遵循以下反应式:



将pH=11,n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575条件下得到的沉淀物分别用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)进行表征,结果分别如图 1、表 1所示。


图 1 沉淀产物SEM

从图 1可以看出,沉淀物为针状钙矾石晶体〔10〕,直径约为100~300 nm,长度约为1~5μm.钙矾石晶体结构匀称,交错堆积在一起,结构疏松。

由表 1可知,n(Ca)∶n(Al)∶n(S)∶n(O)=6.17∶2∶ 2.98∶28.84,与钙矾石〔Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O〕中n(Ca)∶n(Al)∶n(S)∶n(O)=6∶2∶3∶50基本相符。其中,O元素含量的偏差较大,这与产物含水量有关;此外,元素分析中出现的少量C为CaCO3杂质干扰。

2.2 镁剂脱硫废水分析及预处理

镁剂烟气脱硫废水中主要含有高浓度的SO42-和Mg2+,以及少量Ca2+.经分析实验用镁剂烟气脱硫废水水质:SO42- 6 029 mg/L,Mg2+ 1 328 mg/L,Ca2+ 384 mg/L.

在水质分析基础上,对镁剂烟气脱硫废水进行预处理。预处理方法:于镁剂烟气脱硫废水中加入CaO,调节废水pH为12,并在转速300 r/min下反应约30 min,生成CaSO4(ksp=4.93×10-5)和Mg(OH)2 (ksp=1.2×10-11)共沉淀。反应式:

 


镁剂烟气脱硫废水经预处理后,其SO42-降至 2 086 mg/L,SO42-去除率达到65.40%.后续实验均采用预处理后的镁剂烟气脱硫废水作为研究对象,考察各因素对钙矾石沉淀法处理镁剂烟气脱硫废水效果的影响。

2.3 pH对SO42-去除率以及Ca2+、Al3+残留量的影响

研究表明,pH是形成〔Al(OH)6〕3-八面体的关键因素,且对Ca2+、Al3+残留量的影响很大。在AlCl3投加量为0.2 g,搅拌速度为300 r/min,反应时间为30 min的条件下,考察了pH对SO42-去除率以及Ca2+、Al3+残留量的影响,结果如图 2所示。

 图 2 pH对SO42-去除率及Ca2+、Al3+残留量的影响

实验结果表明,当pH≤10.0时,SO42-去除率较低,主要沉淀物为CaSO4;随着pH的进一步升高,〔Al( OH)6〕3-八面体逐渐生成,并结合Ca2+和SO42-形成钙矾石沉淀,SO42-去除率升高;当pH>11.0时,SO42-去除率的变化不大。

随着pH由9.0升高到11.0,废水中Ca2+、Al3+残留质量浓度分别由757、91 mg/L下降到220 、6.1 mg/L,Ca2+、Al3+残留量下降至低点;当pH>11.0时,Al3+残留量变化不大,但Ca2+残留量因过量加入的CaO而迅速增大。因此,在pH=11.0时,钙矾石沉淀法对废水中Ca2+、Al3+和SO42-的去除效果较好。

2.4 铝盐投加量对SO42-去除率的影响

钙矾石是由〔Al(OH)6〕3-八面体、铝氧八面体与钙多面体交替排列形成钙铝多面柱和SO42-进入柱间沟槽等过程串联形成。研究表明,〔Al(OH)6〕3-八面体的反应速率慢,为钙矾石形成的控制步骤,而液相中的Al3+是钙矾石形成速率的决定因素〔11〕。因此,铝盐投加量对钙矾石沉淀法去除SO42-具有很大影响。在pH=11.0,搅拌速度为300 r/min,反应时间为30 min的条件下,考察了铝盐投加量对SO42-去除率的影响,结果如图 3所示。

 图 3 铝盐投加量对SO42-去除率的影响

由图 3可知,当n(Al3+)∶n(SO42-)<0.65时,随着铝盐投加量的增加,SO42-去除率显着增大;当 n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575时,SO42-去除率已达到90%以上。从工程实际成本考虑,铝盐投加量不宜过量太多,以n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575为佳。

2.5 沉淀反应时间对SO42-去除率的影响

在n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575,pH=11.0,搅拌速度为300 r/min的条件下,考察了反应时间对SO42-去除率的影响,结果如图 4所示。

 图 4 反应时间对SO42-去除率的影响

实验结果表明,钙矾石沉淀反应迅速,反应时间为4 min时,SO42-去除率已经达到79%;随着反应时间的进一步延长,SO42-去除率增加缓慢。当反应时间为10 min时,SO42-去除率已经达到92.1%,此时Ca2+、Al3+残留质量浓度分别为187 、4 mg/L.

2.6 搅拌速度对SO42-去除率的影响

在n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575,pH=11.0,反应时间为10 min的条件下,考察了搅拌速度对SO42-去除率的影响,结果如图 5所示。

 图 5 搅拌速度对SO42-去除率的影响

由图 5可知,搅拌速度对SO42-去除率有较为明显的影响。搅拌速度偏高(600 r/min)或者偏低(100 r/min)都会使SO42-去除率下降,这是因为搅拌速度过高会破坏钙矾石的结晶,而搅拌速度太慢又会影响溶液的传质过程,不利于阴阳离子及时结合。搅拌速度应控制在300 r/min。

2.7 SO42-初始浓度对SO42-去除率的影响

在n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575,pH=11.0,反应时间为10 min,转速为300 r/min的条件下,考察了SO42-初始浓度对SO42-去除率的影响,结果如图 6所示。

 图 6 SO42-初始浓度对SO42-去除率的影响

由图 6可知,随着SO42-初始浓度的增加,SO42-去除率增大。当SO42-初始质量浓度由500 mg/L 增至5 000 mg/L时,SO42-去除率由82.6%上升至96.0%,但同时出水中剩余SO42-质量浓度由87 mg/L上升至191 mg/L.实验结果表明,钙矾石沉淀法对于初始SO42-质量浓度为2 500~5 000 mg/L的废水具有较好的处理效果。但从废水达标排放的角度考虑,还是需要在较低的SO42-浓度下处理废水,即废水的预处理是的。

3 结论

(1)以钙矾石沉淀法处理经过预处理的镁剂脱硫废水,当SO42-初始质量浓度为2 086 mg/L,n(Al3+)∶n(SO42-)=0.575,pH=11.0,反应时间为10 min,转速为300 r/min时,SO42-去除率可达到92.1%,Ca2+、Al3+残留质量浓度分别为187、4 mg/L。

(2)钙矾石沉淀法具有反应时间短、操作简单、适用范围广、去除效果好等优点,处理后水中Ca2+、Al3+残留量很低,无二次污染,是一种快速、经济、有效的去除SO42-的方法,且生成的沉淀钙矾石可以做混凝土膨胀剂。钙矾石沉淀法在硫酸盐废水处理领域具有很好的应用前景。


      在布袋除尘器中,有很多指标,烟气就是其中一个。它对除尘器是有的影响的,下面给大家讲讲。  除尘设备:把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备。大家都有戴口罩的经历,口罩就是一种简易的过滤除尘设备。除尘设备的除尘机理很简单,它与口罩的除尘机理一样,是通过滤材料对烟气中飞灰颗粒的机械拦截来实现的。但除此之外,先收到的飞灰颗粒在滤料表面还形成了一层稳定的稠密的灰层(一般称为滤饼或滤床),它又起到了很好的过滤作用,特别是用编制布做滤袋的除尘设备,这层滤床起到了主要的过滤作用。  过滤元件:过滤元件可以由棉毛纤维、玻璃纤维或各种化学纤维经过纺织(或针刺)成滤料,再缝制成垂直悬挂的滤袋,不同场合要选用不同的滤料。在滤袋上收集到的粉尘通过周期性的机械抖动、过滤后的烟气反吹或压缩空气的脉冲反吹等途径使布袋变形而将灰。  烟气能够通过滤袋和滤料表面所形成的滤饼(滤床)是依靠滤层两边的压差—这个压差通常称为管板压差d.p.(有时也称为滤床压差)。飞灰收集中,一个的参数是过滤烟速——每分种每平方米的滤布所过滤的气量。滤床的压差d.p.是与烟速呈线性比例关系,因此也与烟气流量呈线性比例关系。这个固定的比例关系系数通常称为滤阻。按此定义,滤阻与烟气流量无关,有点类似于电阻的概念。我们把平均的过滤速度表示为,气布比——它是烟气量与整个过滤面积之比(单位用m3/m2/min表示)。这个参数在布袋除尘设备的选择和设计中是一项非常重要的技术指标。  布袋除尘设备其余的压力损失是由布袋除尘设备进口法兰之间的烟道和挡板门所产生的。这个压降的大小与烟气的流速的平方成正比关系,因此整个布袋除尘设备的压降δp.与烟气量是二次方的关系。  δptotal=K1Q1+K2Q2  K1=Kdrag/A(Kdrag=滤阻,A=过滤的表面积)  K2=烟气道和挡板门的压损系数  Q=烟气量  除尘设备的性能用可处理的气体量、气体通过除尘设备时的阻力损失和除尘效率来表达。同时,除尘设备的价格、运行和维护费用、使用寿命长短和操作管理的难易也是考虑其性能的重要因素。  除尘设备按其作用原理分成以下五类:  (1)机械力除尘设备包括重力除尘设备、惯性除尘设备、离心除尘设备等。  (2)洗涤式除尘设备包括水浴式除尘设备、泡沫式除尘设备,文丘里管除尘设备、水膜式除尘设备等。  (3)过滤式除尘设备包括布袋除尘设备和颗粒层除尘设备等  (4)静电除尘设备。  (5)磁力除尘设备。  惯性除尘设备是使含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向,利用惯性力分离并捕集粉尘的除尘设备。惯性除尘设备亦称惰性除尘设备。  关于上面所说的,有关烟气对布袋除尘器的影响的相关知识就介绍到这里,如果还有其他疑问,可以到本公司的网站进行有关询问。 车间除尘 车间除尘 车间除尘 脱硝设备 石墨玻纤滤袋 车间除尘 车间除尘 锅炉除尘 车间除尘 车间除尘