发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明针对目前含氟废水处理过程中提高氟化钙污泥纯度和粒径的工艺成本较高的缺点,提供一种含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,在保证出水氟离子达标和得到可供回收利用的含氟化钙污泥的前提下,大大减少药剂的投加量,降低了处理成本,同时还能解决氟化工行业废酸的去向问题。废水处理过程得到的含氟污泥作为天然萤石的替代物制取氟化氢实现污泥的资源化利用,既能解决目前污泥产量大与出路有限之间的矛盾,消除氟的二次污染,同时可以解决日益严峻的氟资源紧缺的问题。本发明对推进氟化工产业的循环发展具有重要意义。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明的技术方案如下,其步骤为:
(a)含氟废水流进第一反应池,依次加入废酸和氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中,之后进行固液分离,分离后的液体流入第二反应池,固体烘干后得到氟化钙干污泥,输送至干污泥储槽;
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加碱性物质调节pH等于或高于12,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,中和后出水;
(e)将步骤(b)得到的氟化钙干污泥和硫酸加入反应器,加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
优选地,上述生产工艺中,步骤(a)的第一反应池中通过适当加入废酸控制其pH为2~5,加入的废酸为盐酸、硫酸、氢氟酸中的一种或几种混合物。控制pH在2~5的范围内可以避免废水中的碳酸盐、硅酸盐等与氯化钙反应产生沉淀,同时避免金属离子形成沉淀,影响氟化钙污泥纯度。选用氟化工行业产生的上述废酸,不但可以节约成本,还能够解决废酸的处理问题。
优选地,上述生产工艺中,步骤(b)中分离方式为沉淀、过滤或离心中的一种。
优选地,上述生产工艺中,步骤(b)中固体烘干温度为40~110℃,烘干时间为3~15h,烘干后的氟化钙粒径为2.1~38.5μm,纯度为80.3~95.1%。
优选地,上述生产工艺中,步骤(c)中所加的碱性物质为氧化钙、氢氧化钙、电石渣或氢氧化钠中的一种或几种混合物。
优选地,上述生产工艺中,步骤(d)中通过加入废酸调节中和池pH为7~8,加入的废酸为硫酸、磷酸或盐酸中的一种或几种混合物。
优选地,上述生产工艺中,步骤(e)中的氟化钙干污泥与硫酸的质量比为1:2~1:40,硫酸质量分数为90~99%,加热温度为150~300℃。
3.有益效果
本发明优势在于:
(1)能够使含氟废水处理达标,处理中药剂投加量较少,成本低;
(2)按不同含氟量对污泥进行分质,产生的高含氟量污泥易于分离、含杂质少,纯度高,可用于后续制取氟化氢;
(3)制取氟化氢采用的工艺设备简单,操作方便,反应效率高,氟化氢精制成本低。
本发明对含氟废水和含氟污泥均进行了有效的处理,减少了氟污染和氟资源的浪费,同时能够降低天然萤石的开采量,节约宝贵的氟化工原料。相比于现有的含氟废水处理和污泥资源化利用工艺,成本大大降低。
具体实施方式
下面结合实施例和具体的图1,对本发明的技术方案进一步介绍。
实施例1
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为7200mg/L)流进第一反应池,加废盐酸调节pH为2.1,加入21.0kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经沉淀后,上层液体流入第二反应池,底层固体在40℃烘干15h,得到12.7kg氟化钙干污泥(回收率86%),粒径为38.5μm,纯度为94.8%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加氧化钙调节pH为14,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加废硫酸中和使pH为8后出水,出水氟离子浓度为7.1mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和127kg质量分数为99%浓硫酸加入反应器,在200℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为94%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例2
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为3500mg/L)流进第一反应池,加含有盐酸和硫酸的混合废酸调节pH为5,加入10.2kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经离心后,上层液体流入第二反应池,底层固体在50℃烘干13h,得到5.4kg氟化钙干污泥(回收率75%),粒径为5.2μm,纯度为93.5%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加氢氧化钙调节pH为14,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加废盐酸中和使pH为8后出水,出水氟离子浓度为8.9mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和27kg质量分数为98%浓硫酸加入反应器,在250℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为98%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例3
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为5800mg/L)流进第一反应池,加废硫酸调节pH为3.5,加入16.9kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经沉淀后,上层液体流入第二反应池,底层固体在70℃烘干10h,得到9.6kg氟化钙干污泥(回收率81%),粒径为20.6μm,纯度为84.2%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加氢氧化钙和电石渣调节pH为13,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加废磷酸中和使pH为7.5后出水,出水氟离子浓度为6.5mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和144kg质量分数为98%浓硫酸加入反应器,在250℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为93%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例4
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为2900mg/L)流进第一反应池,加入含有硫酸和氢氟酸的混合废酸调节pH为4.5,加入8.5kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经过滤后,上层液体流入第二反应池,底层固体在60℃烘干12h,得到5.2kg氟化钙干污泥(回收率87%),粒径为10.4μm,纯度为80.3%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加氧化钙和电石渣调节pH为12,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加入含硫酸和盐酸的混合废酸中和使pH为7后出水,出水氟离子浓度为9.3mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和52kg质量分数为97%浓硫酸加入反应器,在300℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为96%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例5
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为700mg/L)流进第一反应池,加废氢氟酸调节pH为4,加入2.0kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经过滤后,上层液体流入第二反应池,底层固体在80℃烘干8h,得到1.3kg氟化钙干污泥(回收率90%),粒径为9.8μm,纯度为87.9%。
(c)第一反应池上层清液流入第二反应池,加氢氧化钠调节pH为12,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加含盐酸和磷酸的混合废酸中和使pH为7后出水,出水氟离子浓度为8.8mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和52kg质量分数为96%浓硫酸加入反应器,在150℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为90%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例6
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为2000mg/L)流进第一反应池,加入含有盐酸和氢氟酸的混合废酸调节pH为3,加入5.8kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经沉淀后,上层液体流入第二反应池,底层固体在110℃烘干3h,得到3.8kg氟化钙干污泥(回收率93%),粒径为29.2μm,纯度为91.3%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加电石渣调节pH为13,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加入含有硫酸和磷酸的混合废酸中和使pH为7后出水,出水氟离子浓度为7.5mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和76kg质量分数为95%浓硫酸加入反应器,在200℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为95%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例7
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为1300mg/L)流进第一反应池,加入盐酸调节pH为5,加入3.8kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经离心后,上层液体流入第二反应池,底层固体在90℃烘干6h,得到1.8kg氟化钙干污泥(回收率67%),粒径为2.1μm,纯度为82.5%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加氧化钙调节pH为14,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加废硫酸中和使pH为7.5后出水,出水氟离子浓度为9.5mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和54kg质量分数为98%浓硫酸加入反应器,在250℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为92%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。
实施例8
本实施例的含氟废水处理及其产生的含氟污泥资源化利用的方法,其步骤为:
(a)1t含氟废水(经检测F-浓度为4200mg/L)流进第一反应池,加入含有盐酸、硫酸和氢氟酸的混合酸调节pH为2,加入12.3kg氯化钙,搅拌使其充分混合,静置使氟化钙结晶沉淀;
(b)从第一反应池底部抽出结晶的氟化钙浆料,输送到氟化钙湿污泥储槽中。氟化钙浆料经沉淀后,上层液体流入第二反应池,底层固体在100℃烘干5h,得到7.6kg氟化钙干污泥(回收率88%),粒径为34.7μm,纯度为95.1%。
(c)第一反应池中的上层清液流入第二反应池,加电石渣和氢氧化钠调节pH为14,沉淀;
(d)第二反应池中的上层清液流入中和池,加废硫酸中和使pH为8后出水,出水氟离子浓度为9.1mg/L。
(e)将步骤(b)氟化钙干污泥和和15.2kg质量分数为99%浓硫酸加入反应器,在300℃下加热搅拌反应;
(f)步骤(e)产生的粗氟化氢气体通过冷凝、精馏制得无水氟化氢产品,其纯度为99%以上。产生的石膏与硫酸分离,洗涤烘干成为副产品,分离后的硫酸回用到步骤(e)。