無機絮凝劑生產中干燥技術的應用與展望

胡軍周 張硌 高紅利 李洪濤 郭雷 馬靈甲

摘要：絮凝法是水處理中應用最廣、適用性最強、成本較低廉的一種方法，絮凝法的核心是絮凝劑。在絮凝劑生產中，固化干燥是關鍵工序。本文著重介紹了當前無機高分子絮凝劑生產中干燥技術的應用，分析了其存在的問題，并對絮凝劑干燥技術今后的發展進行了展望。

關鍵詞：無機絮凝劑;干燥技術;展望

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）12-00-02

Abstract：Flocculation and precipitation is the most widely used， most applicable and less expensive method in water treatment.The core of flocculation precipitation is flocculant. In flocculant production， curing drying is the key process.The drying method used in the production of flocculant is introduced emphatically in this paper，and analyzed its existence problems.The future development of flocculant drying method is forecasted.

Key words：Solid flocculant;Dry method;Outlook

伴隨著工農業生產和國民經濟的高速發展，人民生活水平的不斷提高，污水排放量日益增加，污水對環境的污染越來越嚴重。水資源的短缺，水環境的持續惡化，促使科技人員不斷研發出各種污水處理方法，諸如物化處理法、生物處理法、化學氧化法、電滲析、離子交換法、吸附法、膜分離法等。絮凝法作為最常用、最省錢、最重要的物化處理方法，具有工藝簡單、易操作、效率高、費用較低等優點，是目前污水處理中應用最廣、適用性最強的一種方法。對于絮凝法污水處理，絮凝劑的選擇無疑是決定處理效果的關鍵因素。

自19世紀末硫酸鋁被應用于給水處理以來，無機絮凝劑經歷了由低分子到高分子、由單一型到復合型、由液態到固態、由簡單粗放生產到大規模集約化生產的發展。

初期無機高分子絮凝劑只是簡單的液體產品，雖然價格低廉、使用方便，但由于存儲、運輸極不方便且費用高等因素，嚴重影響了絮凝劑生產企業的經濟效益，制約了絮凝劑產業的發展。因此，將液體絮凝劑通過干燥的方法轉化為固體產品，不僅是生產企業的需求，更是絮凝劑產業發展的需要。

干燥的方法有多種，諸如：常溫常壓干燥（自然陳化）、負壓真空干燥、加熱干燥、冷凍干燥、機械脫水、紅外線干燥以及微波干燥等。隨著絮凝劑生產從小作坊到工業化、大規模的發展，采用的干燥方法也從自然陳化干燥發展到滾筒干燥和噴霧干燥。

1 陳化干燥法

陳化干燥法就是將聚合后的液體絮凝劑存放在特制箱體中，在自然條件下進行沉淀分離進而干燥粉碎成粉末。這種方法技術含量低、操作簡單、投資小，能很好的保持產品性能，但耗時過長（一般一個周期需要20天以上），生產效率低下，生產過程中陳化設備采用箱體，每箱陳化產品數量有限，而且需要人工一箱一箱的制作、搬運，工人勞動強度大，人工成本高，生產環境惡劣。為了縮短干燥時間，隨后出現了加熱干燥（采用烘箱或烘房在一定溫度下進行干燥）、負壓干燥（在密閉容器中抽真空后進行干燥）等改進方法，這些方法雖然能使干燥時長有所減少，但仍然沒能解決生產效率低、勞動強度大的弊端，而且熱能利用率差，產品成本不降反增。

陳化干燥法只是在20世紀70年代無機高分子絮凝劑發展初期的生產中被應用，后逐步被淘汰，目前僅是在一些小作坊或產品試生產中使用。

2 滾筒干燥法

為滿足工業化連續生產的需要，20世紀80年代滾筒干燥機被引用于絮凝劑干燥生產中。由于其具有設備操作簡單、維護方便、投資少、占地面積小、干燥成本低等一系列優勢，很快在行業內得到了廣泛應用。目前，國內大部分中、小規模絮凝劑生產廠均是采用滾筒干燥工藝對產品進行干燥。

滾筒干燥又稱轉鼓干燥，是一種熱傳導型連續干燥方式。滾筒干燥裝置由一個或多個內部加熱的旋轉滾筒組成。漿糊狀液態物料均勻涂布在滾筒外表面，通過滾筒的金屬壁把內部的熱量傳遞給物料，物料內水分受熱蒸發而得脫水產品。物料以膜狀涂布在滾筒表面，隨滾筒轉過一定角度，當水分含量達到要求的程度，在適當位置裝置緊貼滾筒表面的刮刀，把干燥后的物料刮下，與滾筒分離[1]，剝離物料落入刮刀下方的螺旋輸送器，通過螺旋輸送器再將干物料集中、包裝。滾筒干燥通常用蒸汽做為熱源，也有用電加熱的裝置。張圣春、周杰等開發出了由導熱油代替蒸汽作為加熱載體的導熱油滾筒干燥機，用于聚合氯化鋁的生產取得了理想的效果[2-3]。

雖然滾筒干燥有許多優點，但也有其缺點：一是滾筒使用壽命短，故障停機率高，這樣既影響連續生產，也大大增加了設備費用所占的生產成本;二是由于設備、技術的限制，難以滿足大規模生產;三是制得的產品是片狀，要獲得在水中分散性和溶解性良好的粉末狀產品還需要增加粉碎工序。

3 噴霧干燥法

噴霧干燥顧名思義就是指將液態絮凝劑加壓后從霧化器噴出分散成霧滴，并利用熱空氣來干燥霧滴從而獲得粉末干品的一種方法。

噴霧干燥距今已有一百多年的發展歷史，最初只限于對蛋粉、奶粉等少數產品的生產，隨著不斷深入的研究和開發，現已在化工、食品、農產品加工、醫藥、冶金等工業生產中廣泛應用。

20世紀90年代初，當噴霧干燥技術成功在唐山一家高品位聚合鋁絮凝劑生產廠等到應用后，由于其具有操作控制方便、干燥時間短、生產連續性好、不污染環境等優點，迅速在行業現代化大規模生產線上得到應用。

噴霧干燥是典型的熱風對流式傳熱干燥。噴霧干燥系統通常由噴頭、干燥器、預熱器、氣粉分離室、空氣濾過器、收集桶、鼓風機等部分組成。液體絮凝劑經過過濾器由泵輸送到噴霧干燥器頂端的霧化器中霧化為霧滴。與此同時，空氣進入鼓風機經過過濾器、空氣加熱器及空氣分布器送入到噴霧干燥器的頂端;空氣和霧滴在噴霧干燥器頂端接觸、混合，進行傳熱和傳質，完成干燥的過程，最終產品由塔底的收集裝置進行收集，廢氣經旋風分離器由出風口排入大氣[4～6]。

噴霧干燥技術的優點顯著，但其不足也是不容忽視的。其缺點主要表現在動力消耗大，體積傳熱系數和熱效率均較低，設備體積大，結構復雜，操作彈性較小，易發生沾壁現象，一次性投資大等。

4 其他干燥方法

在絮凝劑的固化生產中，除了常規的滾筒干燥、噴霧干燥外，還有其他的干燥技術的應用案例。金洪珠等[7]采用液體聚合氯化鋁中加入助劑，然后進行常溫熟化、干燥（或晾曬），從而制得固體聚合氯化鋁。鄭雅潔、彭超等[8]開發出膨化法制備固體聚合硫酸鐵技術，利用膨化劑可大幅度縮短陳化干燥時間。張良佺等[9]采用減壓蒸發技術，用真空干燥箱進行干燥，把制成的聚合硫酸鐵溶液在低于60℃的條件下蒸發濃縮得到固體產品。葉有權等[10]采用鼓風氧化工藝制備固體聚合硫酸鐵。

5 問題及展望

當前，我國無機絮凝劑生產的干燥方法主要是滾筒干燥和噴霧干燥，噴霧干燥生產流程長、設備投資大、結構復雜、能耗高，一般中小廠難以實施;滾筒干燥設備腐蝕嚴重、停機率高、生產環境及安全性差;而其他干燥方法要么局限性大，要么耗時長、工人勞動強度大，難以滿足大規模工業生產的需要。

干燥是復雜的傳熱傳質過程，液體絮凝劑在被干燥過程中會發生不同程度、不同類型的物理或化學反應，伴隨整個干燥過程的相關因素如溫度、壓力、干燥介質等，將對絮凝劑成品的性狀（諸如色澤、絮凝效果、穩定性等）產生不同程度的影響。因此，干燥技術的選擇，將直接關系到產品質量的優劣。

在無機絮凝劑生產線中，干燥是生產工藝的最后工序，其重要性不僅在于它直接影響產品質量，還在于它對產品生產過程的效率和總能耗有較大的影響，從而影響市場競爭力和經濟效益。

伴隨著科技的快速發展，新型干燥技術、干燥工藝、干燥理念將會不斷涌現，未來用于無機絮凝劑生產的干燥方法必將遵循能源高效利用、產品質量保障、不污染環境、易于操作控制的原則，將傳統干燥方法與新型干燥技術有機結合，開發出效能好、投資低、設備耐用、安全無污染、大型化的新型干燥設備，這對生產出成本更低、質量更穩定的固體絮凝劑將是一個有力的保障，也必將極大地促進絮凝劑行業的健康可持續發展。

參考文獻

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[8]鄭雅潔，彭超.膨化法制備固體聚合硫酸鐵技術[J]. 環境科學學報，2009，29（9）：1939-1943.

[9]張良佺，陳紀忠，祝巨，張少鋒，吳國華，等.固體聚合硫酸鐵的制取及工藝優化研究[J].高效化學工程學報，2004，18（4）：494-500.

[10]葉有權，賀晶晶，呂向紅.固體鈣鐵復合絮凝劑的制備及應用研究[J].水處理技術，2012，38（4）：58-61.

收稿日期：2019-09-28

基金項目：河南省重點科技攻關項目（項目號：182102310882）;河南省科學院科研開發專項（項目號：190201001）;河南省科學院科技開發補助項目（項目號：190301001）

作者簡介：胡軍周（1968-），男，工程師，研究方向為水污染防治技術。