胡军周 张硌 高红利 李洪涛 郭雷 马灵甲

摘要：絮凝法是水处理中应用最广、适用性最强、成本较低廉的一种方法，絮凝法的核心是絮凝剂。在絮凝剂生产中，固化干燥是关键工序。本文着重介绍了当前无机高分子絮凝剂生产中干燥技术的应用，分析了其存在的问题，并对絮凝剂干燥技术今后的发展进行了展望。

关键词：无机絮凝剂;干燥技术;展望

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：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

伴隨着工农业生产和国民经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，污水排放量日益增加，污水对环境的污染越来越严重。水资源的短缺，水环境的持续恶化，促使科技人员不断研发出各种污水处理方法，诸如物化处理法、生物处理法、化学氧化法、电渗析、离子交换法、吸附法、膜分离法等。絮凝法作为最常用、最省钱、最重要的物化处理方法，具有工艺简单、易操作、效率高、费用较低等优点，是目前污水处理中应用最广、适用性最强的一种方法。对于絮凝法污水处理，絮凝剂的选择无疑是决定处理效果的关键因素。

自19世纪末硫酸铝被应用于给水处理以来，无机絮凝剂经历了由低分子到高分子、由单一型到复合型、由液态到固态、由简单粗放生产到大规模集约化生产的发展。

初期无机高分子絮凝剂只是简单的液体产品，虽然价格低廉、使用方便，但由于存储、运输极不方便且费用高等因素，严重影响了絮凝剂生产企业的经济效益，制约了絮凝剂产业的发展。因此，将液体絮凝剂通过干燥的方法转化为固体产品，不仅是生产企业的需求，更是絮凝剂产业发展的需要。

干燥的方法有多种，诸如：常温常压干燥（自然陈化）、负压真空干燥、加热干燥、冷冻干燥、机械脱水、红外线干燥以及微波干燥等。随着絮凝剂生产从小作坊到工业化、大规模的发展，采用的干燥方法也从自然陈化干燥发展到滚筒干燥和喷雾干燥。

1 陈化干燥法

陈化干燥法就是将聚合后的液体絮凝剂存放在特制箱体中，在自然条件下进行沉淀分离进而干燥粉碎成粉末。这种方法技术含量低、操作简单、投资小，能很好的保持产品性能，但耗时过长（一般一个周期需要20天以上），生产效率低下，生产过程中陈化设备采用箱体，每箱陈化产品数量有限，而且需要人工一箱一箱的制作、搬运，工人劳动强度大，人工成本高，生产环境恶劣。为了缩短干燥时间，随后出现了加热干燥（采用烘箱或烘房在一定温度下进行干燥）、负压干燥（在密闭容器中抽真空后进行干燥）等改进方法，这些方法虽然能使干燥时长有所减少，但仍然没能解决生产效率低、劳动强度大的弊端，而且热能利用率差，产品成本不降反增。

陈化干燥法只是在20世纪70年代无机高分子絮凝剂发展初期的生产中被应用，后逐步被淘汰，目前仅是在一些小作坊或产品试生产中使用。

2 滚筒干燥法

为满足工业化连续生产的需要，20世纪80年代滚筒干燥机被引用于絮凝剂干燥生产中。由于其具有设备操作简单、维护方便、投资少、占地面积小、干燥成本低等一系列优势，很快在行业内得到了广泛应用。目前，国内大部分中、小规模絮凝剂生产厂均是采用滚筒干燥工艺对产品进行干燥。

滚筒干燥又称转鼓干燥，是一种热传导型连续干燥方式。滚筒干燥装置由一个或多个内部加热的旋转滚筒组成。浆糊状液态物料均匀涂布在滚筒外表面，通过滚筒的金属壁把内部的热量传递给物料，物料内水分受热蒸发而得脱水产品。物料以膜状涂布在滚筒表面，随滚筒转过一定角度，当水分含量达到要求的程度，在适当位置装置紧贴滚筒表面的刮刀，把干燥后的物料刮下，与滚筒分离[1]，剥离物料落入刮刀下方的螺旋输送器，通过螺旋输送器再将干物料集中、包装。滚筒干燥通常用蒸汽做为热源，也有用电加热的装置。张圣春、周杰等开发出了由导热油代替蒸汽作为加热载体的导热油滚筒干燥机，用于聚合氯化铝的生产取得了理想的效果[2-3]。

虽然滚筒干燥有许多优点，但也有其缺点：一是滚筒使用寿命短，故障停机率高，这样既影响连续生产，也大大增加了设备费用所占的生产成本;二是由于设备、技术的限制，难以满足大规模生产;三是制得的产品是片状，要获得在水中分散性和溶解性良好的粉末状产品还需要增加粉碎工序。

3 喷雾干燥法

喷雾干燥顾名思义就是指将液态絮凝剂加压后从雾化器喷出分散成雾滴，并利用热空气来干燥雾滴从而获得粉末干品的一种方法。

喷雾干燥距今已有一百多年的发展历史，最初只限于对蛋粉、奶粉等少数产品的生产，随着不断深入的研究和开发，现已在化工、食品、农产品加工、医药、冶金等工业生产中广泛应用。

20世纪90年代初，当喷雾干燥技术成功在唐山一家高品位聚合铝絮凝剂生产厂等到应用后，由于其具有操作控制方便、干燥时间短、生产连续性好、不污染环境等优点，迅速在行业现代化大规模生产线上得到应用。

喷雾干燥是典型的热风对流式传热干燥。喷雾干燥系统通常由喷头、干燥器、预热器、气粉分离室、空气滤过器、收集桶、鼓风机等部分组成。液体絮凝剂经过过滤器由泵输送到喷雾干燥器顶端的雾化器中雾化为雾滴。与此同时，空气进入鼓风机经过过滤器、空气加热器及空气分布器送入到喷雾干燥器的顶端;空气和雾滴在喷雾干燥器顶端接触、混合，进行传热和传质，完成干燥的过程，最终产品由塔底的收集装置进行收集，废气经旋风分离器由出风口排入大气[4～6]。

喷雾干燥技术的优点显著，但其不足也是不容忽视的。其缺点主要表现在动力消耗大，体积传热系数和热效率均较低，设备体积大，结构复杂，操作弹性较小，易发生沾壁现象，一次性投资大等。

4 其他干燥方法

在絮凝剂的固化生产中，除了常规的滚筒干燥、喷雾干燥外，还有其他的干燥技术的应用案例。金洪珠等[7]采用液体聚合氯化铝中加入助剂，然后进行常温熟化、干燥（或晾晒），从而制得固体聚合氯化铝。郑雅洁、彭超等[8]开发出膨化法制备固体聚合硫酸铁技术，利用膨化剂可大幅度缩短陈化干燥时间。张良佺等[9]采用减压蒸发技术，用真空干燥箱进行干燥，把制成的聚合硫酸铁溶液在低于60℃的条件下蒸发浓缩得到固体产品。叶有权等[10]采用鼓风氧化工艺制备固体聚合硫酸铁。

5 问题及展望

当前，我国无机絮凝剂生产的干燥方法主要是滚筒干燥和喷雾干燥，喷雾干燥生产流程长、设备投资大、结构复杂、能耗高，一般中小厂难以实施;滚筒干燥设备腐蚀严重、停机率高、生产环境及安全性差;而其他干燥方法要么局限性大，要么耗时长、工人劳动强度大，难以满足大规模工业生产的需要。

干燥是复杂的传热传质过程，液体絮凝剂在被干燥过程中会发生不同程度、不同类型的物理或化学反应，伴随整个干燥过程的相关因素如温度、压力、干燥介質等，将对絮凝剂成品的性状（诸如色泽、絮凝效果、稳定性等）产生不同程度的影响。因此，干燥技术的选择，将直接关系到产品质量的优劣。

在无机絮凝剂生产线中，干燥是生产工艺的最后工序，其重要性不仅在于它直接影响产品质量，还在于它对产品生产过程的效率和总能耗有较大的影响，从而影响市场竞争力和经济效益。

伴随着科技的快速发展，新型干燥技术、干燥工艺、干燥理念将会不断涌现，未来用于无机絮凝剂生产的干燥方法必将遵循能源高效利用、产品质量保障、不污染环境、易于操作控制的原则，将传统干燥方法与新型干燥技术有机结合，开发出效能好、投资低、设备耐用、安全无污染、大型化的新型干燥设备，这对生产出成本更低、质量更稳定的固体絮凝剂将是一个有力的保障，也必将极大地促进絮凝剂行业的健康可持续发展。

参考文献

[1]申国其，郝巧玲.滚筒干燥装置结构特点及干燥理论[J].山西农业大学学报，1994，14（2）：160-163.

[2]周杰，吴天星，史成武，蒯东山，吴江.导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺的研究与应用[J].安徽工业大学学报（自然科学版），1997，20（4）：103-108.

[3]张圣春.固体聚合氯化铝干燥工艺的改进[J].河南化工，2005（22）：36-46.

[4]张文孝，姚学勇，王玉德.喷雾干燥现状及展望[J].食品与机械，2004（12）：33-35.

[5]黄立新，周瑞君，A S Mujumdar.喷雾干燥的研究进展[J].干燥技术与设备，2009，7（5）：195-198.

[6]王喜忠，于才渊，周才君.喷雾干燥[M].北京：化学工业出版社，2003：2-4.

[7]金洪珠，邵延安，汪馥馨.复合聚氯化铝固体物的制备与应用[J].无机盐化工，1992（1）：20-22.

[8]郑雅洁，彭超.膨化法制备固体聚合硫酸铁技术[J]. 环境科学学报，2009，29（9）：1939-1943.

[9]张良佺，陈纪忠，祝巨，张少锋，吴国华，等.固体聚合硫酸铁的制取及工艺优化研究[J].高效化学工程学报，2004，18（4）：494-500.

[10]叶有权，贺晶晶，吕向红.固体钙铁复合絮凝剂的制备及应用研究[J].水处理技术，2012，38（4）：58-61.

收稿日期：2019-09-28

基金项目：河南省重点科技攻关项目（项目号：182102310882）;河南省科学院科研开发专项（项目号：190201001）;河南省科学院科技开发补助项目（项目号：190301001）

作者简介：胡军周（1968-），男，工程师，研究方向为水污染防治技术。