CN103896424B - 一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法 - Google Patents

一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法，系统包括：用于存储废盐水的废盐水池、用于存储废酸液的废酸池、用于在真空下对废盐水和废酸进行处理的氯气合成塔、用于对氯气合成塔处理后的废液进行过滤的过滤组件、用于对氯气合成塔处理后的氯气进行净化的活性炭吸附氯气塔；其中氯气合成塔的入口连接废盐水池出口和废酸管路，且氯气合成塔的废液出口连接过滤组件、氯气出口连接活性炭吸附氯气塔。本发明的系统同时采用无机合成技术和活性炭吸附技术结合，从根本上解决了海绵钛项目的废水处理难题。

Description

一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法
技术领域
本发明涉及废液处理技术领域，尤其是涉及一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法。
背景技术
在镁热法生产海绵钛过程中，会在镁电解工序尾气洗涤系统产生废盐水，并在氯化精制系统产生废盐酸。这些废液必须要得到妥善处理，以确保不会对环境造成污染。同时在回收这些废液时，还可以回收一些化工原料(如盐酸、NaCl)，并将废酸和废盐水由酸性废水及带有氧化性的废盐水变成工业用水，产生明显的经济、环境和社会效益。
现有海绵钛生产工艺可分为三大步骤两大循环。其中三大步骤包括：富钛料的生产、四氯化钛制备、还原蒸馏；两大循环包括：镁循环、氯循环。现有的海绵钛生产工艺主要包括原料准备、氯化、TiCl4精制、还原蒸馏、镁电解等工序。工艺流程为：首先将钛原料氯化生成粗TiCl4，然后精制得到精TiCl4，精TiCl4在还蒸工序经Mg还原和真空蒸馏后生成海绵钛，还原过程产生的MgCl2送镁电解工序电解得到金属Mg和Cl2，Mg精炼后返还蒸系统，Cl2过滤压缩后送氯化系统。
海绵钛氯化精制工序生产过程中产生的氯化氢尾气废气，进入氯化精制尾气处理系统，通过三级水洗和两级碱洗，尾洗达标后排放，三级水洗产生的盐酸经陶瓷膜过滤器过滤后得到悬浮物小于5mg/L，浓度为20％(国内海绵钛厂实际可达28％)的副产品盐酸约15000吨/a。镁电解工序会产生含有氯气的尾气，含有氯气的尾气送镁电解尾气洗涤系统用氢氧化钠溶液进行三级洗涤，尾气达标后排放，同时产生约18000吨/a10％左右的次氯酸钠溶液。由此可见，现有的海绵钛生产工艺在生产过程中氯化精制和镁电解工序将产生废酸和废盐水。这些盐酸和废盐水均不能直接外排，必须经处理达标后才能外排或综合利用。因此迫切需要能够达到或接近零排放的废液处理系统，以降低对环境的污染。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的是提出一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统和方法，能够对海绵钛生产工艺中产生的废液进行处理以降低对环境的污染。
为了达到上述目的，本发明提出了一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，括：用于存储废盐水的废盐水池、用于存储废酸液的废酸池、用于在真空下对废盐水和废酸进行处理的氯气合成塔、用于对氯气合成塔处理后的废液进行过滤的过滤组件、用于对氯气合成塔处理后的废气进行净化的活性炭吸附氯气塔；其中氯气合成塔的入口连接废盐水池出口和废酸管路，且氯气合成塔的废液出口连接过滤组件、废气出口连接活性炭吸附氯气塔。
作为上述技术方案的优选，所述活性炭吸附氯气塔的入口还连接废酸池出口，且该活性炭吸附氯气塔的出口分别连接纯酸池和用于吸收二氧化碳的氢氧化钠吸收池。
作为上述技术方案的优选，所述过滤组件包括过滤器和斜管沉淀池；过滤器的出口连接斜管沉淀池的入口，且所述斜管沉淀池的入口还连接碱罐；其中所述斜管沉淀池设有污泥出口，和连接中间水池的水出口。
作为上述技术方案的优选，所述过滤组件还包括保安过滤器和反渗透装置；所述中间水池通过保安过滤器和反渗透装置连接清水池；所述反渗透装置设有反渗透水出口以输出含有氯化钠的液体；所述清水池通过设有回用水泵的回用水管路连接纯水回用装置。
作为上述技术方案的优选，氯气合成塔的入口通过自吸泵连接废盐水池出口和废酸管路；氯气合成塔的废气出口通过真空泵连接活性炭吸附氯气塔。
同时，本发明实施例还提出了一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理方法，包括：
将废盐酸和废盐水按比例混合后输送到真空的氯气合成塔，以使酸性氯水在真空环境下沸腾后，获得含氯溶液和氯气；
将氯气输送到活性炭吸附氯气塔，使氯气与盐酸一起通过活性炭吸附层，以净化废盐酸并提高盐酸浓度；
该含氯溶液净化提取氯化钠和中水。
作为上述技术方案的优选，将废盐酸和废盐水按比例混合后输送到真空的氯气合成塔具体包括：
废盐酸和废盐水混合后控制pH值≤1.5；并将该混合液体以VNaCIO∶VHCI＝1∶0.6的流量比输入到氯气合成塔，其中该氯气合成塔的真空压为0.06～0.08Mpa。
作为上述技术方案的优选，所述该含氯溶液净化具体包括：
过滤器和斜管沉淀池来滤除盐水中的悬浮物杂质；
中和水中过量的酸，沉淀水中的铁、钛离子；
加入亚硫酸钠来去除溶液中残存的有效氯；
将该溶液经过反渗透装置进行脱盐后输出浓盐水和中水。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：本发明集成了无机合成设备和碳吸附设备，能够对废酸、废盐水等废水进行回收再利用并过滤，防止了对环境的污染的同时又能产生一定经济效益。本发明利用氯元素所具有的同化反应的特性，设计一个化学合成反应的工艺流程使其全部转化为有价产品，做到次氯酸钠无排放，盐酸又能充分利用。转化成的氯气又被含盐酸的活性炭所吸附制备成高浓度的纯盐酸及食盐，将其回收利用，采用了这种新技术新工艺既回收了有价产品又确保了出水的达标，实现了环保项目的综合利用。
附图说明
图1为本发明实施例的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例一做进一步说明。
本发明提出了一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，其结构如图1所示的，包括：用于存储废盐水的废盐水池1、用于存储废酸液的废酸池2、用于在真空下对废盐水和废酸进行处理的氯气合成塔3、用于对氯气合成塔处理后的废液进行杂质过滤的过滤组件、用于对氯气合成塔处理后的废气进行净化的活性炭吸附氯气塔5。如图1所示的，其中该氯气合成塔3的入口通过自吸泵11连接废盐水池1出口和废酸管路6，且氯气合成塔3的废液出口连接过滤组件、废气出口通过真空泵12连接活性炭吸附氯气塔5。如图1所示的，所述活性炭吸附氯气塔5的入口还通过自吸泵13连接废酸池2出口，且该活性炭吸附氯气塔5的出口分别连接纯酸池9和用于吸收二氧化碳的氢氧化钠吸收池10。如图1所示的，过滤组件包括过滤器4和斜管沉淀池15。该过滤器4的出口连接斜管沉淀池15的入口，且所述斜管沉淀池15的入口还连接碱罐16。所述斜管沉淀池15的底部设有污泥出口以将产生的污泥送回选钛厂，且斜管沉淀池15还设有连接中间水池17的水出口。，过滤组件还包括保安过滤器19、反渗透装置20；该中间水池17通过高压水泵18依次连接保安过滤器19、反渗透装置20、清水池14。其中，该反渗透装置20设有反渗透水出口以输出含有氯化钠的液体，可以通过加工收回氯化钠。该清水池14通过设有回用水泵7的回用水管路连接纯水回用装置8。
本发明的系统是采用无机合成技术和活性炭吸附技术结合的处理系统，从根本上解决了海绵钛项目的废水处理难题。本发明的系统的具体合成工艺流程说明如下：
首先通过无机化学合成的方法，将废盐酸和废盐水按比例混合并通过流量计按计量并调节好pH值后，进入氯气合成塔。氯气合成塔保持在真空状态下，酸性氯水进入氯气合成塔后会剧烈沸腾产生大量的水蒸气，水蒸气与氯水在氯气合成塔的填充料表面上充分接触以使氯水表面上的氯气分压降低，从而使得氯气逸出到活性炭吸附氯气塔。
反应后的气液混合物分别进入气相系统和液相系统，即：含水汽的氯气进入氯气干燥净化系统，含氯离子的盐水进入水处理系统，然后分别对两个系统进行处理。
其中，从氯气合成塔顶部逸出的湿氯气与废盐酸一起通过活性炭吸附层，从而使废盐酸得以净化，盐酸浓度也得以提高。具体的，废酸池中浓度为20％的废盐酸喷淋在活性炭吸附层上，以与输送来的湿氯气进行反应，制备出纯度超过30％的浓盐酸。
其中，含氯离子的盐水则进入到水处理系统。首先经过过滤器和斜管沉淀池来滤除盐水中的悬浮物杂质，并通过调节PH值使溶液中的其他金属离子沉淀去除。然后加入亚硫酸钠来去除溶液中残存的有效氯。然后经过反渗透装置来回收浓盐水，以制备工业食盐。然后进入清水池的中水可以通过回用水管路连接纯水回用装置。
本发明实施例还提出了一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理方法，包括：
步骤1、将废盐酸和废盐水按比例混合后输送到真空的氯气合成塔，以使酸性氯水在真空环境下沸腾后，获得含氯溶液和氯气。其中，废盐酸和废盐水混合后控制pH值≤1.5；并将该混合液体以VNaCIO∶VHCI＝1∶0.6的流量比输入到氯气合成塔，其中该氯气合成塔的真空压为0.06～0.08Mpa。
步骤2、将氯气输送到活性炭吸附氯气塔，使氯气与盐酸一起通过活性炭吸附层，以净化废盐酸并提高盐酸浓度；
步骤3、该含氯溶液净化提取氯化钠和中水。具体的，通过过滤器和斜管沉淀池来滤除盐水中的悬浮物杂质；然后中和水中过量的酸，沉淀水中的铁钛离子，加入亚硫酸钠来去除溶液中残存的有效氯；最后将该溶液经过反渗透装置进行脱盐后输出浓盐水和中水。
本发明的原理为：根据无机合成氯气的原理，充分利用氯元素的电势图，即：
1)在酸性溶液的条件下，其电极电位ε°(V)：
酸性溶液半反应：
CI2+2e-→2CI-E＝1.36(V)
2HCIO+2H+→CI2+2H2O+2e-E＝1.63(V)
2)电池的电动势：
Φ°＝ε°还-ε°氧＝0.27(V)＞0，可自发进行，在通常的情况下，电化学反应的温度
对电极电位的影响是比较小的，主要是酸度和浓度的影响。
3)热化学函数可知
本反应生成物氯气热焓如下：
ΔH＝-249.6KJ/mol，
规定放热反应的焓取负值，氯气热焓为放热反应。
利用NaCIO在酸性条件下的不稳定性，它将和盐酸发生剧烈的同化反应，从热力学热焓函数(ΔH)中可知，本反应为放热反应，并产生氯气。
NaCIO+2HCI＝NaCI+CI2↑+H2O
根据以上的物理化学知识，将采用无机合成一体化技术将废盐酸和废盐水通过流量计按计量，按比例调节废水的pH值后进入合成反应器中，反应后次氯酸钠全部转化成氯气，将其与溶液中的氯化钠分离。将合成、产气、排水为一体，然后将气液混合物分别送入两个系统，用活性炭吸附带水的氯气而转化为盐酸系统，含盐水进入水处理系统。
抽氯就是打破它们之间的化学平衡，使反应向生成氯气的方向进行。不同压力的氯气在水中有不同的溶解度，压力越低溶解度越低，近似遵守亨利定律。真空抽氯就是利用这一原理使溶解在盐水中的氯气在减压的情况下逸出。使用真空泵将盐水液面上产生的氯气和水蒸气抽走，降低液体表面的氯气的分压。为了使盐水中溶解的氯气不断向气相转移逸出，须控制一定的酸度，加快气相的流速，加大气液两相中的不平衡度。这样就可去除盐水中的大部分游离的氯。
用活性炭吸附带水的氯气而转化为盐酸机理如下：
CI2+H2O＝HCI+HCIO
C+2[O]→CO2↑
总反应：C+2CI2+2H2O→4HCI+CO2↑
活性炭吸附氯气不光是物理吸附作用，而伴随着化学反应。游离的氯气通过活性炭时，在其表面上产生化学催化吸附作用，使氯气水解出氧原子[O]，并与碳原子进行化学反应生成CO2气体，同时，由于活性炭对气体分子的吸附遵循分子量的愈容易吸附的规律，活性炭极少吸收盐酸中逸出的氯化氢气体分子，而是大量吸附盐酸中的氯气，使水溶液中的HCIO也迅速转化为CO2气体。
当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，其特征在于，包括：用于存储废盐水的废盐水池、用于存储废酸液的废酸池、用于在真空下对废盐水和废酸进行处理的氯气合成塔、用于对氯气合成塔处理后的废液进行过滤的过滤组件、用于对氯气合成塔处理后的废气进行净化的活性炭吸附氯气塔；其中氯气合成塔的入口连接废盐水池出口和废酸管路，且氯气合成塔的废液出口连接过滤组件、废气出口连接活性炭吸附氯气塔；所述活性炭吸附氯气塔的入口还连接废酸池出口，且该活性炭吸附氯气塔的出口分别连接纯酸池和用于吸收二氧化碳的氢氧化钠吸收池。
2.根据权利要求1所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，其特征在于，所述过滤组件包括过滤器和斜管沉淀池；过滤器的出口连接斜管沉淀池的入口，且所述斜管沉淀池的入口还连接碱罐；其中所述斜管沉淀池设有污泥出口，和连接中间水池的水出口。
3.根据权利要求2所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，其特征在于，所述过滤组件还包括保安过滤器和反渗透装置；所述中间水池通过保安过滤器和反渗透装置连接清水池；所述反渗透装置设有反渗透水出口以输出含有氯化钠的液体；所述清水池通过设有回用水泵的回用水管路连接纯水回用装置。
4.根据权利要求1所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统，其特征在于，氯气合成塔的入口通过自吸泵连接废盐水池出口和废酸管路；氯气合成塔的废气出口通过真空泵连接活性炭吸附氯气塔。
5.一种应用如权利要求1-4任一项所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理系统进行无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理方法，其特征在于，包括：
将废盐酸和废盐水按比例混合后输送到真空的氯气合成塔，以使酸性氯水在真空环境下沸腾后，获得含氯溶液和氯气；
将氯气输送到活性炭吸附氯气塔，使氯气与盐酸一起通过活性炭吸附层，以净化废盐酸并提高盐酸浓度；
该含氯溶液净化提取氯化钠和中水。
6.根据权利要求5所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理方法，其特征在于，包括：
将废盐酸和废盐水按比例混合后输送到真空的氯气合成塔具体包括：
废盐酸和废盐水混合后控制pH值≤1.5；并将该混合液体以VNaCIO∶VHCI＝1∶0.6的流量比输送到真空的氯气合成塔，其中该氯气合成塔的真空压为0.06～0.08Mpa。
7.根据权利要求5所述的无机合成与碳吸附结合的废酸废盐水处理方法，其特征在于，所述该含氯溶液净化具体包括：
过滤器和斜管沉淀池来滤除含氯溶液中的悬浮物杂质；
中和水中过量的酸，沉淀水中的铁钛离子；
加入亚硫酸钠来去除溶液中残存的有效氯；
将该溶液经过反渗透装置进行脱盐后输出浓盐水和中水。
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