天然堿原鹵水曝氣氧化法脫除有機質工藝的研究

＊張保德

（河南中源化學股份有限公司 河南 474775）

天然堿原鹵水曝氣氧化法脫除有機質工藝的研究

＊張保德

（河南中源化學股份有限公司 河南 474775）

分別采用空氣、臭氧、空氣+臭氧作為氣源，借助鼓風機配套專用曝氣頭及連接管道組成的機械曝氣裝置，對天然堿原鹵液進行試驗，考察脫色效果和相關消耗參數，比選可行的工藝方案。

天然堿；原鹵；曝氣；氧化

1.背景概述

某堿業公司經過二十年來開采以及加工規模的擴大，隨著采鹵老礦井服役期限的不斷延長，且天然堿礦多與油頁巖共生，部分礦井原鹵液中出現有機質，鹵水混濁發青發黑有臭味，進入生產加工系統后，造成產品出現了白度下降等質量問題，影響公司效益。

為了企業的健康持續發展，公司成立了天然堿原鹵精制專項課題組研究解決這一問題。通過對原鹵強制氧化的小型模擬試驗為工業化鹵水精制工序尋求更經濟、可靠、環保的鹵水預處理工藝，以期達到提高產品質量的目的，充分發揮目的環境效益和經濟效益。

2.工藝選擇的探索過程

課題組人員首先利用TOC、GC-MS等儀器分析了鹵水中的各項水質指標及有機物成分，這些有機物中多含有C=C、C=O等致色基團，然后針對天然堿鹵水的水質特點開展了一系列的工藝方案探索試驗。

天然堿原鹵水含有大量碳酸鈉和碳酸氫鈉成分，同時含有一定量的鈣鹽、鐵鹽、鋁鹽、二氧化硅、硫化物和有機雜質等。而且鹵水處理避免使用含金屬離子的藥劑，以免殘留在產品中形成二次污染。鑒于該水質特點及處理要求，應選擇具有針對性脫除能力的氧化劑。

經過使用次氯酸鈉、過氧化氫等氧化劑和活性炭、吸附樹脂等吸附劑進行多種單元處理的現場試驗探索，最終選定臭氧可對上述致色基團進行高效選擇性氧化，且不產生二次污染，對產品品質無影響。

然而，考慮到臭氧在大量使用時運行成本較高，且根據以往生產經驗，廢水經空氣曝氣氧化亦能有一定的脫色效果，故擬采用空氣氧化、臭氧氧化、空氣-臭氧組合氧化進行對比實驗，考察具體的脫色效果和相關消耗，最后通過詳細方案比選確定實施方案。

(1)空氣氧

①不同空氣曝氣量的對比

1L原鹵水樣，分別用100mL/min、200mL/min、250mL/min的空氣流量進行空氣氧化。曝氣1h后測定水樣的色度及TOC。

可見，隨著空氣曝氣量的增加色度去除率逐漸增加，但總體的色度去除率偏低，當空氣曝氣量為250mL/min時，色度去除率僅有48% 。

②不同空氣曝氣停留時間對比

1L原鹵水樣，用200mL/min的空氣流量進行空氣氧化，分別停留0．5h、lh、2h后測定水樣的色度及TOC。

表2 不同曝氣量對鹵水處理效果的影響

可見，隨著曝氣停留時間的不斷延長，處理效果越來越好，但用空氣曝氣氧化，停留2h后色度的去除率仍達不到60%。由于空氣曝氣氧化難以滿足天然堿鹵水的脫色要求，所以進一步進行臭氧氧化實驗，尋找最佳脫色方法。

3.原鹵水“空氣+臭氧氧化”試驗

(2)臭氧氧化

① 不同臭氧濃度的對比

1L原鹵水樣，分別用 25mg/L、50mg/L、80mg/L、100 mg/L 的臭氧濃度進行氧化脫色。氧化 1h 后測定水樣的色度及 TOC。

表3 不同臭氧濃度對鹵水處理效果的影響

可見，臭氧的總體氧化效果要優于空氣氧化，臭氧濃度越高，處理效果越來越好，當臭氧濃度為 80mg/L 時，色度去除率 90%以上。

② 不同臭氧氧化停留時間的對比

1L原鹵水樣，用濃度為 80mg/L 的臭氧進行氧化，分別停留 0．5h、1h、1．5h 后測定水樣的色度及 TOC。

表4 不同臭氧氧化停留時間對鹵水處理效果的影響

可見，隨著曝氣停留時間的不斷延長，處理效果越來越好，臭氧氧化的效果總體較好，氧化1h色度去除率即可達到90%以上。

(3)空氣+臭氧氧化

① 增加不同臭氧濃度的對比

1L原鹵水樣，采用空氣+臭氧聯合曝氣氧化處理，在空氣的曝氣量為200mL/min、停留時間為1．5h的前提下，考察增加不同臭氧濃度對色度去除效果的影響。臭氧濃度分別為：10mg/L、25mg/L、50mg/L、80mg/L。

表5 增加不同臭氧濃度對鹵水處理效果的影響

可見采用空氣+臭氧聯合曝氣氧化處理效果較好，在空氣的曝氣量為200mL/min、停留時間為1．5h，增加臭氧濃度為 25mg/L，鹵水的色度去除率可達到 90%以上。

②不同停留時間的對比

1L原鹵水樣，考察在空氣的曝氣量為200mL/min，臭氧濃度為25mg/L 時，停留時間對色度去除效果的影響，停留時間分別為：0．5h、1h、1．5h、2h。

表6 不同停留時間對鹵水處理效果的影響

可見，鹵水的色度去除率隨著曝氣停留時間的不斷延長而不斷上升，采用空氣+催化臭氧氧化，曝氣量為200mL/ min、增加臭氧濃度為25mg/L時，停留時間為1．5h，色度去除率即可達到 90%以上。

對比三種氧化方法：純空氣曝氣氧化，空氣流量為200 ml/min，曝氣時間為2h，色度去除率僅為60%；純臭氧氧化，臭氧濃度為80mg/L，曝氣時間為1．5h，色度去除率可達到92%，但所需臭氧濃度高；而空氣+臭氧氧化，只需在空氣曝氣的基礎上增加 25mg/L 的臭氧，色度去除率就可達到90%以上，能較好地滿足天然堿鹵水的脫色要求，保障產品的白度。

4.廢水處理運行成本估算

污水處理廠的運行成本包括人員費、動力費、維修費、藥劑費和其他費用。其中人員費主要為人員工資及附加管理費費，動力費主要為電費和運輸費，維修費主要為日常的設備維修保養費，藥劑費主要為臭氧費用。（水量按1000m3/h，系統運行按365d/a）

(1)動力費用（E1）

①臭氧投加濃度：80mg/L，空氣曝氣量：0m3/min

運行總功率約為780KW，電費按 0．75 元/KWh 計算

每m3廢水處理耗電成本：E1=780×0．75÷1000=0．59元/m3；

②臭氧投加濃度：25mg/L，空氣曝氣量：200m3/min

運行總功率約為 950KW，電費按 0．75 元/KWh 計算

每m3廢水處理耗電成本：E1=640×0．75÷1000=0．71元/m3；

③臭氧投加濃度：0mg/L，空氣曝氣量：200m3/min

運行總功率約為 725KW，電費按 0．75 元/KWh 計算

每m3廢水處理耗電成本：E1=400×0．75÷1000=0．54元/m3。

(2)藥劑費用（E2）

①臭氧投加濃度：80mg/L，空氣曝氣量：0m3/min

液氧使用量 0．8t，液氧價格 700元/噸

每m3廢水處理耗電成本：E2=0．8×700÷1000=0．56元/m3；

②臭氧投加濃度：25mg/L，空氣曝氣量：200m3/min

液氧使用量 0．25t，液氧價格700 元/噸

每m3廢水處理耗電成本：E2=0．25×700÷1000=0．18元/m3；

③臭氧投加濃度：0mg/L，空氣曝氣量：200m3/min

無藥劑消耗。

(3)工資費用（E3）

Study of the Technology of Organic Matter Removal by Original Bittern After Aeration and Oxidation

Zhang Baode
（He’nan Zhongyuan Chemical Co., ltd, He’nan, 474775）

Adopting the air, ozone and ozone + air as the gas source and with the help of a complete set of specified aerator for air blower an d the mechanical aeration device by connecting the pipeline, take experiment of trona original bittern to observe the decoloration effect and the relate d parameters and then choose the feasible process scheme.

trona；raw brine；aeration；oxidation

T

A