用钢管酸洗废水生产聚合硫酸铁技术的研究和应用.pdf

用钢管酸洗废水生产聚合硫酸铁技术的研究和应用 阳卫国 湖南衡阳钢管集团有限公司， 湖南 衡阳 421001 摘要 为了解决钢管酸洗废水污染环境和浪费资源难题， 可用其生产聚合硫酸铁， 从而实现循环经济。采用蒸发浓缩 和催化聚合反应实现聚合硫酸铁的生成。其产品质量达净水剂聚合硫酸铁 标准， 可作为絮凝剂使用。研究和实践 证明， 用钢管酸洗废水制备聚合硫酸铁是可行的， 具有明显的经济效益和环境效益， 值得推广。 关键词 酸洗废水; 聚合硫酸铁; 工艺设计 STUDY AND APPLICATION OF A TECHNIQUE FOR PRODUCTION OF POLYMERIZING IRON SULPHATE USING STEEL TUBE ACID WASHING WASTEWATER Yang Weiguo Hengyang Steel Tube Group Co． ， Ltd，Hengyang 421001，China AbstractIn order to solve the problem that acid washing wastewater pollutes the environment and squander resource， we can use the acid washing wastewater to produce polymerizing iron sulphate and realize recycling economy． The polymerizing iron sulphate can be ed by evaporation， concentration and catalytic polymerization． The quality of the product PFSreaches to the standard of DTC polyferric sulphate． The product can be used as a flocculant． Research and practice have proved that it is feasible to use the steel tube acid washing wastewater to produce PFS， which has obvious economic and environmental benefits． It is worthy to be popularized． Keywordsacid washing wastewater;polymerizing iron sulphate;technological design 无缝钢管生产过程中产生含有大量铁离子的酸 洗废水， 这些酸洗废水含酸量较高， 不能直接排放， 若 采用简单的中和处理， 将消耗大量的碱性物质， 成本 巨大， 而且对环境有一定的污染， 同时无法回收废水 中的酸和铁等有用资源。衡阳某无缝钢管公司将其 有效利用， 生产聚合硫酸铁， 不但解决了环境污染问 题， 而且可以产生较好的经济效益， 实现了循环经济。 1设计基础资料 1. 1废水量 酸洗废水量为 8 000 t/a。 1. 2废水主要成份 酸洗废水中硫酸质量分数为 4 ～ 10 ， 硫酸亚 铁质量浓度为 180 ～ 250 g/L。 1. 3产品指标 产品为聚合硫酸铁，其可作为絮凝剂。聚合硫 酸铁质量需达 GB1459193净水剂聚合硫酸铁 Ⅰ 型标准。其标准见表 1。 表 1 GB1459193 Ⅰ型标准 密度 20℃ / gcm － 3 全铁质量 分数 / Fe2 质量 分数 / 盐基度 / pH 1 水溶液 砷 As 质量 分数 / 铅 Pb 质量 分数 / 不溶物质量 分数 / ＞ 1． 45≥11． 0≤0． 109． 0 ～ 14． 02． 0 ～ 3． 0≤0． 000 5≤0． 001 0≤0． 3 2反应机理 利用废酸制备聚合硫酸铁的反应机理为 2FeSO4 2NaNO2 H2SO→ 4 2Fe OH SO4 2NO Na2SO4 FeSO4→ NOFe NO SO4 4Fe NO SO4 O2 2H2SO→ 4 4Fe OH SO4 2NO 或者 4Fe NO SO4 O2 2H2SO → 4 52 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 2Fe2 SO4 3 4NO H2O nFe OH SO4 1 － n/2 Fe2 SO4→ 3 ［ Fe2 OH n SO43 － n/2］ m 3物料平衡 图 1 为用 1 t 废酸生产聚合硫酸铁的物料平衡图。 图 1物料平衡 由图 1 可计算得出， 年处理8 000 t废酸水， 可生 产聚合硫酸铁11 664 t， 同时需要氧气256 t、 催化剂 48 t、 FeSO4 7H2O 3 760 t。 4工艺流程 各分厂的酸洗废水由运酸车送到废酸池进行沉 淀， 去除颗粒性杂质， 然后通过耐酸泵送至配酸池作 为原料待用。当废酸中硫酸质量分数为 4 ～ 8 时， 配酸池的废酸通过耐酸泵送至蒸发浓缩釜， 同时 通入高温蒸汽加热进行蒸发浓缩， 通过由蒸发循环水 泵和水力喷射器组成的吸气流使蒸发浓缩釜形成负 压， 将水蒸汽从该釜中抽出， 达到浓缩废酸的目的。 蒸发浓缩后的废酸自流进入聚合反应釜， 启动搅拌 机， 然后加入催化剂水溶液， 通入氧气进行鼓泡氧化， 必要时通入蒸汽加热， 使反应温度控制在 70 ～ 90℃ ， 压力控制在0. 32 MPa左右， 直至溶液中的 Fe2 全部 转化为 Fe3 ， 液体自流进入成品池， 经过自然降温、 静置即得红褐色黏稠透明液体状产品。需要时通过 耐酸泵将液体聚合硫酸铁产品输入成品槽车外运。 详见图 2。 图 2工艺流程 5主要建筑物及工艺设备 5. 1废酸池 废酸池 1 座， 结 构 尺 寸 L B H 8. 0 m 2. 5 m 4. 0 m， 有效容积60 m3。池内壁贴120 mm厚 麻石防腐。 主要设备 耐酸泵， 2 台， 参数 Q 50 m3/h， H 50 m， N 11 kW，1 用 1 备; 碱液贮罐 防腐 ， 1 个，  2 m， L 4 m， 有效容积10 m3。 5. 2配酸池 配酸池 1 座， 分为 4 池， 单池结构尺寸 L B H 8. 0 m 2. 5 m 4. 0 m， 有效容积60 m3。 主要设备 耐酸泵， 4 台， 参数 Q 50 m3/h， H 30 m， N 11 kW。 5. 3生产车间 生产车间 1 座， 3 层。 主要设备 耐酸泵， 2 台， 参数 Q 50 m3/h， H 30 m， N 11 kW，1 用 1 备。用于输送液体聚合硫酸 铁成品; 离心泵， 2 台， 参数 Q 25 m3/h， H 32 m， N 5. 5 kW，1 用 1 备。用于输送蒸发循环水池中的 液体。成品池， 1 个， 分为 3 格， 总有效容积58 m3 ; 聚 合反应釜， 2 台， 内衬搪瓷，  1. 5 m， H 1. 7 m， N 7. 5 kW，V 2 m3， 用于生产聚合硫酸铁; 石墨蒸发 器， 2 台， 1. 0 m， H 2. 0 m。蒸发浓缩釜， 2 台，  1. 5 m， H 3. 0 m。 催 化 剂 溶 解 罐， 1 个， 不 锈 钢， 0. 6 m， H 1. 0 m， V 0. 3 m3。 催化剂计量槽， 1 个， 不锈钢， 0. 5 m， H 1. 0 m， V 0. 2 m3。 5. 4废水中和池 废水中和池 1 座， 结构尺寸 L B H 5 m 2. 6 m 2. 3 m， 有效容积23 m3。 5. 5蒸发循环水池 蒸发循环水池 1 座， 结构尺寸 L B H 2 m 2 m 4. 5 m， 有效水深 4. 0 m， 有效容积 16 m3。 6工艺参数的确定 为确保生产出合格的产品， 对各个工艺参数进行 了大量的试验， 筛选出最佳的运行参数。 石墨蒸发器介质加热温度为 60 ～ 70℃ ;蒸发浓 缩釜负压为 0. 06 ～ 0. 08 MPa; 聚合反应釜温度加热 至 75℃ 左右; 聚合反应釜进行鼓泡氧化， 压力保持在 0. 32 MPa左右; 亚硝酸钠催化剂用量为配料总量的 1. 5 。 各个工序最佳运行参数见图 3。 7效益 生产出的聚合硫酸铁质量达 GB1459193 Ⅰ型 标准， 完全可以作为絮凝剂使用。经济效益明显， 年 可创效 403. 64 万元。 62 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 图 3各工序最佳工艺参数 8结论 1 通过生产性试验可知， 用钢管酸洗废液生产 聚合硫酸铁是可行的。该技术先进， 工艺可靠， 产品 质量稳定， 生产出的聚合硫酸铁质量达 GB1459193 Ⅰ型标准， 可广泛应用于各种水处理领域。 2 用钢管酸洗废液生产聚合硫酸铁经济效益明 显。从经济效益分析可以看出， 年可创效 400 多万 元。同时， 可减少废水排放对环境造成的污染， 具有 明显的环境和社会效益。 参考文献 ［1］GB1459193净水剂聚合硫酸铁［S］． ［2］高廷耀． 水污染控制工程［M］． 3 版． 北京 高等教育出版社， 2007． ［3］冯惠台， 曾权宁． 聚合硫酸铁的制备及作净水剂的应用［J］． 中 山大学学报论丛， 2001， 3 90- 94． ［4］朱键卫． 简便易行的聚合硫酸铁 PFS 生产新工艺和应用试验 ［C］/ /水处理药剂研究及应用学术研讨会论文集． 北京 中国 化工学会工业水处理专业委员会， 1995． ［5］林永增， 王国栋， 刘相华， 等． 聚合氯化铁在处理高浓度镀锡废 水中的应用 ［J］． 环境工程， 2009 S1 68- 71． ［6］刘立华． 新型聚季铵盐与聚合硫酸铁复合絮凝剂合成及其基础 理论与应用研究［D］． 长沙 中南大学， 2004． ［7］杨永福， 艾建玲， 付维军． 废硫酸回收新工艺 ［J］． 环境工程， 2009， 27 3 108- 109． ［8］樊盛春， 李越湘． 钢铁酸洗废液的处理与综合利用［J］． 江西冶 金， 2000， 20 3 12- 14． ［9］汤兵， 朱又春， 刘奕玲， 等． 带钢酸洗废液综合利用研究［J］． 钢 铁， 2005， 40 5 75- 78． ［ 10］王丽萍， 王丽丽， 张玮玮， 等． 环境价值链分析在钢铁行业的应 用 ［J］． 环境工程， 2009， 27 2 110- 112． ［ 11］谢蔚嵩． 利用钢铁酸洗废液制备絮凝剂及其应用的研究［D］． 四川 四川大学， 2006． ［ 12］胡菊， 马俊林， 郭兴荣， 等． 以酸洗废液生产聚合硫酸铁的工艺 研究［J］． 十堰职业技术学院学报， 2005， 18 1 81- 82． ［ 13］陈文松， 宁寻安， 白晓燕． 废酸液的资源化处理技术［J］． 工业 水处理， 2008， 28 3 20- 22． ［ 14］邹元龙， 赵锐锐， 石宇， 等． 钢铁工业综合废水处理与回用技术 的研究［J］． 环境工程， 2007， 25 6 101- 104． 作者通信处阳卫国421001湖南衡阳钢管 集团 有限公司技改 工程部 电话 0734 8875144 E- mailliyuhao111 sina． com 2011 － 03 － 18 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 24 页 斜安装 D 260 mm， L 7 m。 3设计总结 1 由于选择区、 兼氧区和好氧区水位标高一致， 大大降低了中间回流泵的扬程， 降低了运行功率， 而 且硝化液的回流， 可较好的实现脱氮除磷效果。 2 采用 CASS 工艺， 可通过减少 CASS 池运行格 数， 改变运行模式， 有效解决学校放假期间水量剧烈 减少的问题， 并且 CASS 工艺具有同步硝化反硝化、 抗冲击负荷能力强、 出水水质稳定的特点， 非常适合 中小规模污水处理厂。 3 深度处理采用活性砂过滤工艺， 可进一步脱 氮除磷。出水水质稳定达 GB 189182002 表 1 一级 A 标准。 参考文献 ［1］张统． SBR 及其变法污水处理与回用技术［M］． 北京 化学工业 出版社， 2003. ［2］戴国新． CASS 工艺在严寒地区市政污水处理中的应用［J］． 中 国给水排水， 2010， 26 14 74- 77. ［3］王东， 马景辉， 张红丽， 等． DynaSand 活性砂过滤器在市政中水 回用中的应用［J］． 工业水处理， 2006， 26 9 59- 61. ［4］李俊生． 活性砂过滤器在城镇污水厂节能减排中的应用［J］． 中国给水排水， 2010， 26 1 57- 59. ［5］果婷， 杨中， 王红磊． 屠宰废水处理工程设计及调试［J］． 环境 工程， 2008， 26 5 70- 71． ［6］张毅， 步德新， 潘勇伟． UASB-CASS-接触氧化工艺处理玉米酒 精废水［J］． 环境工程， 2005， 23 5 10- 12． 作者通信处孙培彬450001河南省郑州市中原中路 191 号机械 工业第六设计研究院第三工程所 电话 0371 67606036 E- mailsunpb11001 163． com 2011 － 03 － 14 收稿 72 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期