不銹鋼酸洗污泥熱壓過濾干燥實驗研究

沈海泉 張旭光 楊澤斌 周明遠

摘 要：闡述了酸洗污泥的來源、處理的必要性，通過實驗初步探討了熱壓過濾干燥技術處理酸洗污泥的可行性和工藝參數，較經濟參數為：壓力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加熱30min，出料含水率33.12%。

關鍵詞：不銹鋼；酸洗廢液；酸洗污泥；熱壓過濾干燥

1 概述

生產不銹鋼過程中，要除掉原料表面的氧化鐵皮等物，常常用氫氟酸與硝酸配成的混酸清洗表面，該方法稱為酸洗。隨著混酸反復使用，酸濃度降低，酸洗效果下降時就需要排放廢酸洗液并補充新酸，廢酸洗液需要經過處理達標后排放。目前，大部分酸洗廢水主要采用石灰中和沉淀[1]，由于石灰對重金屬沉淀效果差，反應過程中有大量石灰未參加反應就被其他絮體包裹而沉于污泥中，加之除氟要求投加的生石灰過量，導致酸洗污泥產量大。中和沉淀工藝中和后的水相可以作為普通廢水直接排放，但產生的酸洗污泥中含有未去除的鎳、鉻、鐵等重金屬和殘酸，屬于危險廢棄物，還需要進一步處理處置，否則會產生二次污染，所以，提高酸再生率，同時減少由酸洗廢液產生的污泥以及對酸洗污泥的處理是經濟和環保的雙重要求。文章將著重介紹不銹鋼酸洗污泥的熱壓過濾干燥技術。

2 酸洗污泥的熱壓過濾干燥技術

酸洗污泥的處理中都涉及脫水減量，含水率過高的污泥易污染設備和廠區環境，不方便運輸，影響后續處理處置。對酸洗污泥脫水是必要的，傳統脫水方法有：機械脫水和熱力脫水。機械脫水存在極限值，熱力脫水則耗能高。酸洗污泥熱壓脫水工藝可突破傳統機械脫水極限并有效節能，可一次性將酸洗污泥脫水至水分低于20%，獲得干燥的污泥[2-3]，解決酸洗污泥的脫水減量、運輸和委托處理困難等問題。

2.1 實驗概況

2.1.1 實驗樣品

實驗所用酸洗污泥為張家港奔球不銹鋼管廠產生的酸洗污泥，其來料含水率為80%，化學元素組分綜合分析結果，見表1。

表1 不銹鋼管酸洗污泥元素及組分綜合分析 %

2.1.2 實驗原理與設備

本實驗采用的熱壓脫水過濾裝置由周明遠教授等自主設計制造，其原理是將機械脫水與熱力脫水集成于一體，脫水效果好，能耗低。熱壓過濾干燥分二部分實現：機械過濾成餅階段和干燥脫水階段。前者與傳統的機械過濾相同，研究表明，純機械過濾存在過濾極限，因此，該階段過濾時間需要根據不同物料的實際情況控制，一般選定物料成餅時間作為本階段的控制時間[4]。在第一階段結束后開始加熱干燥板，靠近干燥板的濾餅內的毛細管水先受熱氣化，產生與干燥板平行的飽和蒸汽面，稱為飽和蒸汽脫水峰面[5-6]，脫水峰面逐漸向干燥板反方向移動，最終穿透濾餅，在脫水峰面移動傳質傳熱的同時，亦產生蒸汽壓力過濾推動力，推動濾餅內一部分毛細水以液態的形式被熱蒸汽頂出濾餅，越過了傳統熱力干燥必須將水變為氣態脫離過濾體系的環節，實現了非相變干燥脫水，從而降低能耗，此亦為熱壓過濾干燥工藝的一大亮點[7-8]。

蒸汽壓力過濾推動力可用克拉珀龍-克勞修斯公式表示：

Ps=4.1868InT+C

式中：Ps為在溫度T 時的飽和蒸汽壓，單位MPa ；V″為蒸汽水的比體積，V'為液體水的比體積，單位都是m3/kg；R是汽化潛熱，單位kJ/kg；T為絕對溫度，單位K；C為常數。在壓力Ps不變的情況下對系統進行加熱，若要保持公式平衡，則必須有更多的液體汽化，這就是熱壓過濾干燥脫水的理論基礎[9]。

1-機架；2-干燥板；3-熱壓隔膜濾板；4-熱介質導入管路；5-熱介質導出管路；6-壓縮空氣管路；7-濾液與真空管路

圖1

圖1是實驗所用干燥壓濾機總體設計簡圖[10]。它是由機架、干燥板、熱壓隔膜濾板、熱介質導入和導出管路、壓縮空氣管路和濾液與真空管路等部件組成。干燥板和熱壓隔膜濾板間隔置于機架上，形成若干熱壓過濾單元，輸料總管通過軟管與各支路管連接。干燥壓濾機的核心部分是熱壓過濾單元機構，其兼有過濾和干燥兩種功能。本設備過濾同壓濾機工作方式一樣，即各板壓緊后中心入料，濾液水流出濾室內形成飽和濾餅，之后的熱壓干燥包括熱介質通入各干燥板，通入壓縮空氣進行隔膜擠壓濾餅，同時濾室抽真空，維持一定時間后拉開各板卸出干燥濾餅，這就是完整的一個周期。可用飽和蒸汽或導熱油作為熱介質循環系統的流體熱介質，均為閉路循環系統。

2.1.3 實驗數據結果

本實驗用酸洗污泥入料30min后成餅狀況良好，機械壓濾階段出水速率較快，壓力維持在40Kpa，第二階段，用蒸汽做熱介質為干燥板加熱，使干燥板溫度保持在80℃左右，隔膜腔室抽真空且維持真空度為0.06Mpa，熱壓干燥階段，開始加熱時濾餅出水重新出現一次高峰，后又趨于平緩，最后呈現液滴狀。每組次實驗控制三個腔室入料，分別為有隔膜、加熱腔室；無隔膜、加熱腔室；有隔膜、不加熱腔室產生的三種濾餅。實驗數據記錄如表2。

表2 以機械過濾30min為前提各組別數據

2.2 實驗結論

不同組別的實驗在第一階段均入料30min，基本達到機械脫水極限，調整第二階段加熱干燥時間，分別為30min，60min，90min，120min，分別測有隔膜、加熱，無隔膜、加熱，有隔膜、不加熱的出料含水率。結果表明，加熱相同時間，抽真空即有隔膜的干燥效果較好，脫水率與加熱時間成正相關，抽真空可縮短干燥時間。熱壓過濾干燥脫水在外界熱能作用下，一部分毛細水氣化產生推動力驅使另一部分毛細水以液態形式擠出，集成了傳統機械過濾和熱力干燥于一體，具有簡化工藝和節能降耗的特點，干燥板適宜溫度在80℃左右，將熱壓過濾干燥技術應用與酸洗污泥的脫水干燥處理是可行的。

3 結論與展望

隨著我國環保要求的提高，不銹鋼酸洗污泥的處理壓力越來越大，迫切需要經濟實用的處理技術變革，焙燒技術、膜技術、蒸酸技術都是有效的酸再生技術；傳統的中和技術產生的大量含重金屬酸洗污泥需要合理的處理和利用，應引起足夠的重視。

熱壓過濾干燥技術處理酸洗污泥是可行的，且滿足處理目標要求的較經濟工藝參數為：壓力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加熱30min，出料含水率33.12%。

熱壓過濾干燥技術相比于傳統的過濾、干燥技術有明顯的簡化工藝和節能降耗優勢，將其應用于酸洗污泥的脫水干燥領域，可得到含水率低、體積大大減量的固體廢物。

由于酸洗污泥是一種含有重金屬的危險廢棄物，產生單位傳統的選擇是直接外運委托處置，若有效的將其脫水干燥減量，不僅節約了運輸成本，將干燥后的污泥售于水泥廠或燒磚廠作為水泥和制磚的燒制原料也可以作為一種經濟創收的選擇，且重金屬經過高溫煅燒后穩定化符合環保要求。

參考文獻

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[2]周明遠，關杰.浮選精煤熱壓過濾干燥脫水機理與脫水動力學研究[J].煤炭學報，2010，3：472-475.

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[10]周明遠，于偉，關杰.集成創新熱壓過濾干燥固液分離技術的研究[J].現代化工，2010，2：74-77.