一种烟气脱硫废水絮凝剂的制备与性能评价

2020-11-23刘宜沛刘莉莎凃大蔓卜卓萌张科良

石油化工应用 2020年10期

刘宜沛，刘莉莎，凃大蔓，卜卓萌，张镇，张科良

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安 710065）

目前，原油催化裂化装置湿法脱硫工艺主要有美国BELCO 公司的EDV 工艺、美国BORTON 公司的VSS工艺、德国GEA-Bischoff 公司的EP-absorber 工艺。炼油厂催化裂化烟气脱硫、除尘、脱硝废水处理难度极大。目前有关脱硫污水絮凝剂的文献报道比较少[1-4]。一般的聚合物类絮凝剂、无机絮凝剂都不能使其产生有效的絮体，絮凝效果差。目前，通常应用聚合氯化铝（PAC）[5]与聚丙烯酰胺（PAM）[6]作为絮凝剂；硫酸铝与聚丙烯酰胺的混合絮凝剂[7]，降低出水中悬浮物的含量。中石化武汉炼油厂采用ZBH-210A（D），加量147 mg/L可以使外排水悬浮物的含量≤70 mg/L[8]。

现场调研发现，某炼油厂烟气脱硫污水处理装置只有一个沉降罐；只有一套加药装置；要求絮凝剂不含氯且加量不超过500 mg/L；絮凝处理后外排水中悬浮物的含量≤50 mg/L。因此，研发一种不含氯离子的高效絮凝剂[9]，增大絮体密度、缩短絮凝沉降时间、使其外排水的悬浮物达标排放、解决原有废水处理工艺流程中存在的问题，显得尤为重要。

1 实验部分

1.1 实验药品

硫酸铝，硅酸钠，85 %磷酸，均为分析纯试剂。改性聚合硫酸铁自制，稳定剂A，助凝剂B 均为工业品。

1.2 实验仪器

恒温水浴锅，电热鼓风干燥箱。721E 型可见光分光光度计，上海光谱仪器有限公司制造；PL-GPC 50 凝胶色谱，安捷伦产品。

1.3 实验步骤

1.3.1 某炼油厂脱硫污水水质分析（见表1）由表1可知，原水中SO42-、Cl-含量较多，分别达到526.02 mg/L、234.11 mg/L；还有5.384 mg/L NO3-；SO42-和NO3-来自于烟气中的硫氧化物与氮氧化物；阳离子中钠离子含量较多，达到350.882 mg/L；此外，还有0.468 mg/L 成垢离子Ba2+。

1.3.2 聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂的制备在100 mL三口瓶中，先加入计量的硅酸钠与60 mL 去离子水，搅拌下加热至设定温度。待硅酸钠溶解后，用85 %磷酸调节反应混合物pH=3.5，继续搅拌反应30 min。再加入计量的硫酸铝、改性聚合硫酸铁溶液，助凝剂B 以及稳定剂A，于设定温度下，持续反应设定的时间。冷却，得到产品。

表1 某炼油厂脱硫污水水质分析结果

1.3.3 聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂最佳制备工艺条件优化边界条件实验发现，絮凝剂的絮凝性能与硅酸钠的用量、硫酸铝的用量、稳定剂A 的用量等因素有关。因此，依据正交实验设计理论，探讨絮凝剂的制备最佳工艺条件，其表头设计（见表2）。

1.4 评价方法

絮凝剂评价条件的设定：一般情况下，污水絮凝池水力停留时间为40 min 以上。然而，某炼油厂的脱硫污水絮凝池，由于沉降罐内搅拌装置停摆，罐内机械杂质堆积导致罐内有效库容急剧下降。现场实测水力停留时间近为10 min 左右；污水水温大致在44 ℃～49 ℃。为了与现场实际情况衔接，絮凝剂评价条件设定如下：500 mL 污水恒温至45 ℃，加入0.25 g 絮凝剂水溶液，搅拌1 min，恒温静置10 min 后，测其上清液的透光率（波长480 nm）。对最佳处理方案得到的产品处理污水的悬浮物含量进行测定。

2 结果与讨论

2.1 自制聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂的外观图

表2 L16（44×23）聚硅酸硫酸铁铝正交实验表头设计

图1 自制聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂产品外观图

2.2 聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂最佳制备工艺实验结果

2.2.1 聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂最佳制备工艺实验结果聚硅酸硫酸铁铝复合絮凝剂的评价结果（见表3）。

由表3 可以看出，影响因素按照主次顺序如下：硫酸铝的用量＞硅酸钠的用量＞改性聚合硫酸铁溶液用量＞反应温度＞反应时间；稳定剂A 用量与助凝剂B用量影响较小。特别是，反应温度30 ℃与50 ℃时K 值接近。因此，最佳制备工艺条件为：硫酸铝用量为40 g；改性聚合硫酸铁用量15 g；硅酸钠用量9 g；反应温度30 ℃；反应时间为1.5 h；助凝剂B 2 g；稳定剂A 5 g。此时，处理后的污水透光率为84.3 %。