采用联合制碱法资源化利用高盐废水工艺研究

摘要

在石油化工、煤化工、制药、冶金等众多领域的工业生产过程中，会产生数量巨大的废水，其中就包括一类含盐量很高的废水，该类高盐废水所溶解的无机盐以硫酸钠和氯化钠为主。如果将此类废水不经过处理而直接外排不仅浪费矿产资源，还会破坏周边的土壤及导致水体含盐量升高，同时对农业及工业的生产也构成严重的影响。在当前水资源相对缺乏的形势下，寻找一种工业废水减排且最大化利用盐资源的工艺，不仅可以使水资源紧缺得到缓解，还可以减轻对环境的污染，具有经济及环境双重战略意义。
　　本文在联合制碱的工艺方法基础上，对含高浓度硫酸钠和氯化钠的含盐废水进行处理，提出了一种无排放、环保的高盐废水资源化利用工艺。该方法首先将高盐废水进行浓缩，使氯化钠与硫酸钠在水溶液中均达到饱和状态，在一定温度下于废水中添加一定量碳酸氢铵固体，使废水中的钠盐与碳酸氢铵发生反应，得到碳酸氢钠沉淀，当反应进行一定时间后开始抽滤以分离出碳酸氢钠，将碳酸氢钠洗涤后进行煅烧得纯碱，对滤液进行蒸发浓缩一定水量后冷却至一定温度，对其进行抽滤，以分离出冷却结晶所得的混合铵盐。将分离结晶后的母液与新的高盐废水定量混合，达到初始处理体积后继续进行新一轮的循环。
　　为了使产品碳酸氢钠及副产品混合铵盐达到较高的纯度及获得较高的循环效率，实验研究了处理工艺过程中的制碱反应时间、反应温度、浓缩蒸发水量、结晶冷却终点温度等因素对废水处理效果的影响。
　　研究表明，当初始高盐废水中氯化钠与硫酸钠均达到饱和状态，以单位循环处理量为1L的情况下，反应时间设为90min，反应温度设定为35℃，蒸发水质量为350g，冷却终点温度为25℃时处理效果较好。在此选定工艺条件下共对工业废水进行了40次循环处理，测定了各次循环所得混合铵盐及母液的成分，验证了该工艺流程的稳定性及收敛性。
　　对本工艺处理高盐废水所得的纯碱及混合铵盐的纯度进行检测，结果表明在实现了单次循环钠利用率为94.5％的情况下，获得的产品纯碱和副产品混合铵盐纯度均较高，其中纯碱可以达到国家标准GB210.12004中合格品标准，混合铵盐可用作农用化肥。
　　文章对浓度稳定后母液体系进行了制碱反应过程反应动力学研究，通过考察不同温度及不同钠离子初始浓度条件下的制碱反应速率，对制碱反应的动力学因素进行了探讨，结果表明制碱反应的反应级数为一级，其动力学模型为:-ln(1-X)=0.09322×CA00.6573exp(-6.8175×103/RT)t+0.259。
　　本文探索的工艺方法具有成本低，流程简单，投资少的优点，其生产环境好，无污染，经济效益较好，在处理过程中不产生废液、废渣，可将废水中的盐分全部转化为有用成分，达到资源最大化回收利用的目的，为实现高盐废水零排放提供了一种可行的工艺途径。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 高盐废水简介

1．2．1 高盐废水的来源及特点

1．2．2 盐废水的处理现状

1．3 制碱技术简介

1．3．1 纯碱介绍

1．3．2 国内外纯碱制造常用方法简介

1．3．3 我国联合制碱法发展概况

1．4 化工动力学基础

1．4．1 化工动力学在生产中的意义

1．4．2 化工动力学基本概念

1．4．3 化学动力学研究进展

1．5 课题的研究目的与内容

1．5．1 课题的研究目的及意义

1．5．2 课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品与设备

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法及流程

2．3 实验分析测定方法

2．3．1 氯离子的测定

2．3．2 硫酸根离子的测定

2．3．3 铵离子的测定

2．3．4 碳酸氢钠含量的检测

第三章 采用联合制碱法资源化利用高盐废水工艺条件的确定

3．1 反应时间对钠离子转化率的影响

3．2 反应温度对钠离子转化率的影响

3．3 蒸发水量对混合铵盐纯度的影响

3．4 冷却终点温度对混合铵盐纯度的影响

3．5 本章小结

第四章 采用联合制碱法资源化利用高盐废水工艺稳定性验证

4．1 循环工艺稳定性考察

4．2 产品质量的考察

4．2．1 产物纯碱质量的考察

4．2．2 副产物混合铵盐质量的考察

4．2．3 各次循环处理后母液成分的分析

4．3 本章小结

第五章 制碱过程反应动力学研究

5．1 实验方法

5．2 温度对反应速率的影响

5．3 钠离子初始浓度对反应速率的影响

5．4 动力学模型

5．5 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

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