CN106380018B - 一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法 - Google Patents

一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法。该方法先用碳酸钙、氧化钙通过两段中和法中和酸性废水，然后根据晶种循环原理将生成的副产石膏部分回用于下一批酸性废水的处理过程中，如此循环往复进行。用于回用的副产石膏可作为晶种，促进新生成石膏的晶体生长，提高了它的脱水性能；同时在循环过程中，副产石膏中夹杂着的未反应的氧化钙重新释放出来并参与中和反应，提高了氧化钙利用率。

Description

一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废 水处理方法
技术领域
本发明涉及钛白酸性废水的处理领域，尤其涉及一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法。
技术背景
硫酸法作为生产钛白的一种主要方法，有着工艺成熟、操作简单、原料来源广的优点，但该方法平均每生产1t钛白有多于100t约含1 wt%-2wt%H2SO4、0.1wt% -0.2wt%MgSO4、0.1wt%-0.2wt%MnSO4、0.1 wt%-0.2wt% Al2(SO4)3、0.6wt%-1wt% FeSO4的酸性废水产生。钛白酸性废水治理是目前钛白工业亟待解决的重大问题。
钛白酸性废水的一般处理方法为氧化钙中和法，其流程为先将氧化钙消化得到氢氧化钙，再用氢氧化钙中和酸性废水。经中和、曝气、沉淀、压滤过程得到达到排放标准的废水和副产石膏。这种处理方法氧化钙利用率低，副产石膏脱水性能差。
碳酸钙-氧化钙两段法处理钛白酸性废水，是用碳酸钙部分取代氧化钙作为中和剂处理酸性废水，这种方法可有效减少氧化钙用量，但是副产石膏中夹杂的未反应的氢氧化钙仍不能的得到充分利用。
如何提高中和过程氧化钙的利用率以及副产石膏的脱水性能是目前钛白酸性废水处理过程中亟待解决的问题。
发明内容
针对钛白酸性废水处理过程中出现的氧化钙利用率低及副产石膏脱水性能差的问题，本发明的目的在于对传统废水处理工艺进行改进与创新，使这些问题得到明显改善，提供了一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法。
本发明的目的通过下述实验方案实现。
本发明首先利用碳酸钙将钛白酸性废水中和至一定的pH值，再用消化反应生成的氢氧化钙进行第二段中和，这样大大减少了中和过程的氧化钙用量；二段中和后根据晶种循环原理将生成的副产石膏部分回用于下一批废水的中和过程，副产石膏中夹杂的未参与反应的氢氧化钙继续参与反应，进一步减少了氧化钙的用量，提高了氧化钙的利用率，同时副产石膏作为晶种使用，促进石膏晶体生长，提高副产石膏的脱水性能。
一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，步骤如下：
（1）在加热并搅拌的条件下进行氧化钙消化反应，并将反应产物稀释成氢氧化钙溶液备用；
（2）在加热及搅拌的条件下，向钛白酸性废水中加入碳酸钙进行第一段中和，直到终点pH值为3-6；
（3）将步骤（2）处理后的废水进行曝气处理，使第一段中和产生的二氧化碳及时排除，同时将反应生成的氢氧化亚铁迅速氧化成氢氧化铁；
（4）将步骤（1）中制备好的氢氧化钙溶液加入曝气处理后的酸性废水中进行第二段中和；
（5）向步骤（4）所得溶液中加入絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）溶液，继续搅拌，使反应充分进行且使生成的副产石膏絮聚成大颗粒便于脱水；
（6）停止搅拌后静置处理使石膏颗粒继续生长；
（7）压滤处理：测定所生成的副产石膏的含水量，而后用筒式压滤装将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化，并将压滤前后副产石膏含水量的变化定义为副产石膏脱水率；
（8）取一定量压滤后的滤饼加水配成浓度为7wt%-21wt%的循环用副产石膏浆，每次分别取15mL-25mL石膏浆加入下一批要处理的废水中，搅拌混合均匀；
（9）重复上述步骤4-12次，循环使用副产石膏。
优选的，步骤（1）所述的加热温度为30℃-40℃，搅拌强度为200r/min-300r/min，氢氧化钙稀释后的浓度为2wt%-5wt%。
优选的，步骤（2）所述的加热温度为45℃-65℃，搅拌强度为300r/min-500r/min。
优选的，步骤（3）中曝气处理的时间为25min-35min，通氧速率为3L/min-3.5L/min。
优选的，步骤（4）中氢氧化钙的加入速率为5mL/min-8mL/min，第二段中和终点的pH=8-9。
优选的，步骤（5）所述聚丙烯酰胺溶液的浓度为0.05wt%-0.15wt%,用量为0.1mL-0.5mL。
优选的，步骤（5）所述搅拌的时间为20-40min 。
优选的，步骤（6）所述静置处理的时间为20-40min 。
发明人在实验中发现回用副产石膏的浓度、副产石膏循环次数是实现本项发明的关键。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
将碳酸钙-氧化钙两段中和与晶种循环联合使用，结合两者的优点，提高中和过程中氧化钙的利用率及副产石膏的脱水性能。
附图说明
图1为本发明所述钛白酸性废水处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方法不限于此。
实施例1
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至4.5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7 wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤4次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为55.83%，共消耗约0.879g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了18.62%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.30g。
实施例2
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至4.5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7 wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为61.78%，共消耗约0.802g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了24.57%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.40g。
实施例3
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至4.5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7 wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤12次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为52.66%，共消耗约0.984g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了15.45%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.22g。
实施例4
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至3；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置30min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7 wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为58.85%，共消耗约0.882g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了21.64%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.32g。
实施例5
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至6；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7 wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为62.38%，共消耗约0.782g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了25.17%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.60g。
实施例6
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为200r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至65℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置40min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为14wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为52.87%，共消耗约1.15g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了15.57%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约5.05g。
实施例7
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为5wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为21wt%的循环用副产石膏，取25mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为51.18%，共消耗约1.33g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了13.79%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约4.87g。
实施例8
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7wt%的循环用副产石膏，取15mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为49.08%，共消耗约1.45g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了11.87%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约4.75g。
实施例9
取400mL去离子水，加热至35℃，在搅拌强度为300r/min的条件下，向反应容器中加入80氧化钙，制备得到消化产物氢氧化钙，并将其稀释成浓度为2wt%的氢氧化钙溶液。
取500mL钛白酸性废水，加热至45℃，在搅拌强度为400r/min的条件下，向酸性废水中加入碳酸钙，将pH调至5；然后以3.5L/min的通氧速率曝气处理30min；接着将稀释好的氢氧化钙溶液以5mL/min的流速加入至酸性废水中进行第二段中和，将pH值调至9。中和完成后加入0.1mL浓度为1wt%的阳离子聚丙烯酰胺溶液（CPAM），而后继续搅拌30min；停止搅拌后，静置20min；测定处理后副产石膏的含水率，用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化；取一定量压滤后的滤饼配成浓度为7wt%的循环用副产石膏，取20mL加入下一批要处理的废水中，搅拌3min使混合均匀。
重复上述步骤8次。
经上述处理所得副产石膏的脱水率为50.02%，共消耗约1.33g氧化钙，较传统氧化钙中和法中副产石膏脱水率提高了12.81%，每处理500mL钛白酸性废水氧化钙用量减少了约4.87g。
本发明所述钛白酸性废水处理方法的工艺流程图如图1所示。

Claims (7)

1.一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在加热并搅拌的条件下进行氧化钙消化反应，并将反应产物稀释成氢氧化钙溶液备用；
（2）在加热及搅拌的条件下，向500ml钛白酸性废水中加入碳酸钙进行第一段中和，直到终点pH值为3-6；
（3）将步骤（2）处理后的废水进行曝气处理，使第一段中和产生的二氧化碳及时排除，同时将反应生成的氢氧化亚铁迅速氧化成氢氧化铁；
（4）将步骤（1）中制备好的氢氧化钙溶液加入曝气处理后的酸性废水中进行第二段中和；
（5）向步骤（4）所得溶液中加入絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺溶液，继续搅拌，使反应充分进行且使生成的副产石膏絮聚成大颗粒便于脱水；
（6）停止搅拌后静置处理使石膏颗粒继续生长；
（7）压滤处理：测定所生成的副产石膏的含水量，而后用筒式压滤装置将副产石膏压成滤饼，测定滤饼的含水量，比较前后两次含水量的变化，并将压滤前后副产石膏含水量的变化定义为副产石膏脱水率；
（8）取一定量压滤后的滤饼加水配成浓度为7wt%-21wt%的循环用副产石膏浆，每次分别取15mL-25mL石膏浆加入下一批要处理的废水中，搅拌混合均匀；
（9）重复上述步骤4-12次，循环使用副产石膏浆；
步骤（2）所述加热的温度为45℃-65℃；
步骤（5）所述聚丙烯酰胺溶液的浓度为0.05wt%-0.15wt%,用量为0.1mL-0.5mL。
2.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（1）所述加热的温度为30℃-40℃，搅拌强度为200r/min-300r/min，氢氧化钙稀释后的浓度为2wt%-5wt%。
3.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（2）所述搅拌的强度为300r/min-500r/min。
4.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（3）中曝气处理的时间为25min-35min，通氧速率为3L/min-3.5L/min。
5.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（4）中氢氧化钙的加入速率为5mL/min-8mL/min，第二段中和终点的pH=8-9。
6.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（5）所述搅拌的时间为20-40min 。
7.根据权利要求1所述的一种有利于提高氧化钙利用率及副产石膏脱水性能的钛白废水处理方法，其特征在于，步骤（6）所述静置处理的时间为20-40min 。
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