含钠及含铵废水的资源化利用研究

摘要

煤化工、脱硫工业等项目生产过程中都会产生大量的含盐废液，在废水处理阶段，很多地区只对有机废水的排放标准做出严格规定，含盐废水因无明确限制而通常当作清洁下水排放，目前人们环保观念逐渐增强，大部分地区为了节约水资源并减小环境污染，要求企业将废水分类收集并分质处理，以最大限度地回收利用，部分受环境限制的地区甚至要求废水不外排，以实现废水零排放。然而，浓盐水的处理成为制约废水零排放方案的关键问题。
　　本文以两个含盐废液为研究背景：一是煤化工煤基烯烃生产工艺中产生的浓盐废水，其成分主要为硫酸钠和硝酸钠，若采用蒸发结晶法处置浓液，得到的是硫酸钠和硝酸钠晶体混合物，而且结晶废渣产生量大，如果处理不当，在雨水淋溶作用下废渣会造成二次污染；二是氨法脱硫工艺中产生的大量硫酸铵和亚硫酸铵的混合液。上述废液直接作为清洁下水排放不仅会引起环境污染，而且造成资源浪费，通过合适的结晶方式将无机盐从废液中分离出来，既消除环境危害，又可变废为宝，一举两得。
　　具体研究内容和结果如下：
　　（1）本文采用蒸发-冷却耦合结晶的方法从浓盐废水中回收硫酸钠，考察不同因素对十水硫酸钠结晶产品粒度及粒度分布的影响，最终确定初步优化的结晶工艺操作条件：搅拌速率225 rpm；结晶时间7h；结晶温度25℃；蒸发速率150～170ml·h-1；投入晶种。在该条件下通过两次蒸发-冷却结晶循环，每次蒸发约27％的水，即可将浓盐废水中硫酸钠与硝酸钠的质量比由6.67:1降到1.4:1,实验得到的最佳产品纯度符合硫酸钠国家二级一等品的标准，硫酸钠总收率为82.22%。最终实验结果与根据相图分析设想的结果吻合，分离效果好。通过合理的假设和推导，建立了十水硫酸钠结晶数学模型，采用拉氏变换间歇动态法在以上实验基础上求解了模型参数。和其它方法相比，该方法测量手段简单且费时少，所得实验结果也比较理想。
　　（2）本文采用蒸发结晶方法从脱硫废液中分离硫酸铵，考察不同操作参数对硫酸铵结晶产品纯度的影响，确定了较优的结晶工艺条件：硫酸铵浓度2.4mol/L；蒸发温度60～80℃；搅拌速率90～120rpm；结晶时间不宜超过3h；投加晶种。在优化后的工艺条件下得到的硫酸铵晶体的纯度较高，并且在粒度及粒度分布上都有明显的改善。
　　本研究成功地将具有工业价值的硫酸钠和硫酸铵从废液中分离出来，且所得产品均达到工业要求。本课题研究结果可为含盐废液的资源化利用提供理论依据。

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1 绪论

1.1 煤化工高盐浓液处理综述

1.2 氨法脱硫废硫酸铵的资源化利用

1.3 工业结晶及其方法概述

1.4 常见结晶模型概述

1.5 本文研究目的、意义及内容

2 Na2SO4-NaNO3-H2O体系结晶法分离研究

2.1 实验原材料和试剂

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验装置

2.4 加入晶种量及产品测定方法

2.5 硫酸钠蒸发-冷却结晶工艺条件考察

2.6 浓盐废水中硫酸钠与硝酸钠分离的实验研究

2.7 小结

3 通过实验求解十水硫酸钠结晶模型参数

3.1 溶液结晶过程的机理

3.2 十水硫酸钠结晶过程数学模型的建立

3.3 间歇动态结晶模型参数的测定方法

3.4 动力学参数的求解

4 氨法脱硫副产物硫酸铵的分离研究

4.1 概述

4.2 硫酸铵结晶实验

4.3 实验结果与讨论

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、攻读硕士学位期间发表论文

致谢

附录A

附录B