利用加药浮选工艺处理粉煤灰废水

彭学文

湖南大乘资氮集团有限公司 湖南 冷水江 417506）


[摘 要] 本文阐述了利用起泡剂、捕收剂气浮湿式处理粉煤灰废水的工艺、原理、设计要点及各项经济指标，并指出这是一条处理粉煤灰废水的有效途径

[关键词] 气浮、处理、粉煤灰废水

　

１．前言

湖南大乘资氮有限公司是一个以煤焦为主要原料，以生产尿素为主的大型化工企业。现主要产品的生产能力尿素26万吨／年，复合肥10万吨／年，甲醇６万吨／年，公司自备热电站 。现有35t/h的粉煤锅炉４台，35t/h的沸腾炉１台，75t/h 的粉煤锅炉１台。锅炉燃烧产生的烟道气经文丘里麻石水膜除尘器除尘后以粉煤灰废水的形式排走，每年约有6.3万吨（以干灰计），灰中含碳量18～22%，以往只经粗级沉淀池沉淀后即排往资江，废水中的悬浮物有时高达2100ppm，超过国家标准近10倍；沉淀下来的粉煤灰人工运往河边堆场，不仅占用了农田，污染了环境，而且浪费了炭资源。为解决这个问题，1997年，我们投资1100万元上了一套粉煤灰浮选脱炭装置，运行两年的结果表明，各项技术指标符合设计要求，具有一定的社会、经济、环境效益。 ２．处理方案的选择

国内对粉煤灰废水的处理一般采用的方法是絮凝沉淀、湿式浮选、电选、风选，还有的先干燥再磁化做磁化肥，我们从本身的财力、技术成熟性、处理能力、经济效益等因素考虑，采用了粉煤灰浮选综合治理方案，即从粉煤灰废水中加药气浮选出精炭、漂珠，尾灰经过滤后做水泥的掺合料，处理后的废水送回热电系统重复使用。

鉴于锅炉每年总排灰量为6.3万吨，因此把粉煤灰浮选的设计处理能力定为每年6.5万吨干灰。

　

３．原理及工艺流程

３.１原理

煤粒是高度分散的亲水性颗粒，当废水中加入浮选剂后，一方面，捕收剂与煤粒的亲和力比灰强；另一方面，由于捕收剂是一种异极性物质，能改变水中煤粒表面湿润性[1]，使煤粒表面由亲水性变成疏水性，从而附着于气泡上随着浮选机运行过程中产生气泡一起浮到水面，液固分离，撇取上面的浮煤，过滤即得到有用的精煤。


３.２工艺流程

由电站锅炉麻石水膜除尘器排出的粉煤灰废水用砂浆泵打至∮30m的浓缩池，靠重力沉降使悬浮液浓缩，其中固体含量由入口1.7%左右提高到出口的27%左右。上层清夜流入集水池，再用清水泵送到热电站做冲渣水用；下层浆液用砂浆泵打入搅拌槽，加入捕收剂O#柴油和发泡剂X油，并补加精煤过滤机返回的滤液至悬浮物浓度23%，加速搅拌再进入浮选机，浮选机中引入空气并继续搅拌。煤对油的亲和力比灰强，在不断搅拌下发泡剂产生大量气泡，这些气泡在上升至表面的过程中将吸附油的煤粒带到液体上部形成泡沫层，再通过刮板送至精选部分，最后刮板将煤粒的泡沫液带出浮选机，送至精煤过滤机过滤得到含水量小于５％左右的精煤滤饼，再通过胶带运输机送至精煤仓。亲水的灰粒通过精选与扫选进一步回收煤后送至尾灰浓缩桶，浓缩后到尾灰过滤机，过滤后的灰饼通过胶带运输机送至尾灰仓。精煤滤液用泵打回搅拌槽调节浮选液浓度，这样既可使浮选剂得到充分回收利用，又避免了污染环境。尾灰滤液送至灰渣沉淀池，沉淀后的水达标排放。

　

工艺流程简图如下：



图一　　加药浮选法处理粉煤灰废水工艺流程图

　

3.3 工艺操作参数

整个粉煤灰浮选脱炭过滤装置操作参数（见表１），

　

表１　　　　　　　主要设备操作参数一览表

设　　备
操作参数
指　　　标

￠30m浓缩机





搅拌桶



浮选机





煤滤机


入口固体浓度

出口固体浓度

溢流悬浮物浓度

起泡剂、捕收剂加量

出口浓度

进口液量

精煤含炭量

尾灰含炭量

处理量

滤饼水量
＜1.73%

22～27%

＜150ppm

10～14kg/h

20～25%

＜30t/h

＞65%（干基）

＜5%（干基）

＜0.5t/m2·h

＜20%



４．主要设备的选型

４．１．浓缩机

４．１．１．煤灰粒子的干扰沉降速度（m/h）

VST=1368(δ-1)d2[(1-1/(Rδ+1)]n

式中：　　δ——煤灰真比重　　　　　　　 取2.059g/cm3　

d ——截留速度 取0.024mm R ——进料的液固比， 为50.55

n ——实验指数　 取5.5

代入计算，得

VST=0.826(m/h)


４．１．２．所需沉淀面积

　　　　　　Ｆ＝Q(R1-R2)K/qΦ

式中： Q——进入设备的干煤灰量 为8.207t/h

R1——进料的液固比 为50.55

R2——浓缩产物的液固比 为2.72

K ——不均匀系数 取1.10

Φ——沉淀面积利用系数 取0.95

q ——单位表面积的处理能力 取0.826m3/m2·h

代入计算，得：

F=550.27m2


４．１．３．浓缩池直径

D=√4F/π≈ 26.48（米）

查《浮选设计手册》，选用￠30m的浓缩机一台 ４．２．浮选机

Q=60nVK/[(R+1/δ)t]

Q——浮选机的处理能力（t/n·台）

n——浮选机的室数（室）

V——每室的容积（m3）

K——容积利用系数，取0.65

R——给料液固比，为４

δ——煤灰真比重，为2.05g/cm3

t——所需浮选时间，为15min

因浮选量为8.207t/h，故拟选用XJM-2.5型浮选机，现有4、5、6室三种规格，分别代入计算，得

n=4， Q1=5.8（t/h·台）

n=5， Q2=7.2（t/h·台）

n=6， Q3=8.7（t/h·台）

故选用XJM-2.5型（６室）的浮选机是合适的。


４．３过滤机

F=KQ/q

式中：F——需要的过滤面积（m2）

　 Q——每小时过滤的干物料量（t/h）

　 q——单位过滤面积的小时处理能力（t/m2·h）

　 K——不平衡系数

４．３．１．精煤过滤机

Q1为2.068t/h，q1取0.5t/m2·h，K1取1.12，代入计算得：

F1≈5.1704（m2）

４．３．２．尾灰过滤机

Q2 为6.135（t/h），q2取0.4t/m2·h，K2取1.25，代入计算得：

F2≈19.18（m2）

根据以上结果，分别选用10m2的精煤过滤机和20m2的尾灰过滤机。

装置的主要设施见表２



表２　　主要设备型号一览表

序号
设　备　名　称
型　　号
数　　量

１
耙式浓缩机
NG-30型
１台

２
煤用浮选机
XJM-2.5型
１组

３
筒型折带式真空过滤机
GD-10型，GD-12型
各２台

４
泥浆泵
6PN
２台

５
砂浆泵
21/2PS型
２台


　

５．效益与成本分析

５．１．效果

装置投产以后，我们对运行过程中暴露出的缺陷及浮选剂的选择进行了攻关，攻关以后装置运行的各项指标均达到设计要求，其中产量和药耗优于设计指标，见表３，表４



表３　装置运行的成果指标

项目

日期
水处理量

（t/h)
精煤回收量

（t/h)
精煤含炭量

（%)
尾灰含炭量

（％）
循环水中SS

（mg/l）

99.7.5
472
1.53
67.0
4.7
110

99.7.6
458
1.47
65.2
4.2
105

99.7.6
463
1.49
64.8
4.6
107

99.7.8
423
1.40
67.2
4.1
106

99.7.9
407
1.41
68.1
4.5
109



５．２．效益与成本分析

５．2．１．成本

５．2．２．粉煤灰浮选处理的单位成本见表４



表４．　粉煤灰成本统计（吨粉煤灰计）

名 称
数 量
单价（元）
金额（元）

浮选剂

滤布

动力电

工资及福利

管理

维修费
2.5kg

0.025m2

35kwh






1800

25

0.22






4.50

0.625

7.70

6.06

0.63

8.00

成本


27.515



５．２．２．效益

装置运行后，所产生的效益应包括回收的精煤、漂珠、尾灰售后的价值，减少上交的排污费及所减少的农赔费，总计288万元。故每年所产生的直接经济效益为122.91万元。 ５．２．３．主要经济技术指标

投资回收期为5.17年。

投资报酬率为16.95%。

年折旧额为80.6万元。

投资利润率为12.62%。

　

全员劳动生产率为99081元／人。

人均利润率为3.84万元／年。（含少交的排污费）

　

６．结语

项目投产后，从经济指标来分析，经济效益并不明显，但每年能减少６万多吨灰渣的排放量，降低本公司外排资江污染负荷的30%，从而为保障资江下游的水质起到良好的作用，具有明显的社会效益和环境效益。若是单从环保项目而言，劳动生产率、人均利润率的水平还是比较先进的。因此，在目前粉煤灰综合利用的技术不太成熟，企业财力普遍紧张的情况下，采用加药浮选来处理粉煤灰的工艺是比较适宜的。



参考文献

1．张希衡主编，废水治理工程，西安冶金建筑学院，1987