天然碱原卤水曝气氧化法脱除有机质工艺的研究

＊张保德

（河南中源化学股份有限公司 河南 474775）

天然碱原卤水曝气氧化法脱除有机质工艺的研究

＊张保德

（河南中源化学股份有限公司 河南 474775）

分别采用空气、臭氧、空气+臭氧作为气源，借助鼓风机配套专用曝气头及连接管道组成的机械曝气装置，对天然碱原卤液进行试验，考察脱色效果和相关消耗参数，比选可行的工艺方案。

天然碱；原卤；曝气；氧化

1.背景概述

某碱业公司经过二十年来开采以及加工规模的扩大，随着采卤老矿井服役期限的不断延长，且天然碱矿多与油页岩共生，部分矿井原卤液中出现有机质，卤水混浊发青发黑有臭味，进入生产加工系统后，造成产品出现了白度下降等质量问题，影响公司效益。

为了企业的健康持续发展，公司成立了天然碱原卤精制专项课题组研究解决这一问题。通过对原卤强制氧化的小型模拟试验为工业化卤水精制工序寻求更经济、可靠、环保的卤水预处理工艺，以期达到提高产品质量的目的，充分发挥目的环境效益和经济效益。

2.工艺选择的探索过程

课题组人员首先利用TOC、GC-MS等仪器分析了卤水中的各项水质指标及有机物成分，这些有机物中多含有C=C、C=O等致色基团，然后针对天然碱卤水的水质特点开展了一系列的工艺方案探索试验。

天然碱原卤水含有大量碳酸钠和碳酸氢钠成分，同时含有一定量的钙盐、铁盐、铝盐、二氧化硅、硫化物和有机杂质等。而且卤水处理避免使用含金属离子的药剂，以免残留在产品中形成二次污染。鉴于该水质特点及处理要求，应选择具有针对性脱除能力的氧化剂。

经过使用次氯酸钠、过氧化氢等氧化剂和活性炭、吸附树脂等吸附剂进行多种单元处理的现场试验探索，最终选定臭氧可对上述致色基团进行高效选择性氧化，且不产生二次污染，对产品品质无影响。

然而，考虑到臭氧在大量使用时运行成本较高，且根据以往生产经验，废水经空气曝气氧化亦能有一定的脱色效果，故拟采用空气氧化、臭氧氧化、空气-臭氧组合氧化进行对比实验，考察具体的脱色效果和相关消耗，最后通过详细方案比选确定实施方案。

(1)空气氧

①不同空气曝气量的对比

1L原卤水样，分别用100mL/min、200mL/min、250mL/min的空气流量进行空气氧化。曝气1h后测定水样的色度及TOC。

可见，随着空气曝气量的增加色度去除率逐渐增加，但总体的色度去除率偏低，当空气曝气量为250mL/min时，色度去除率仅有48% 。

②不同空气曝气停留时间对比

1L原卤水样，用200mL/min的空气流量进行空气氧化，分别停留0．5h、lh、2h后测定水样的色度及TOC。

表2 不同曝气量对卤水处理效果的影响

可见，随着曝气停留时间的不断延长，处理效果越来越好，但用空气曝气氧化，停留2h后色度的去除率仍达不到60%。由于空气曝气氧化难以满足天然碱卤水的脱色要求，所以进一步进行臭氧氧化实验，寻找最佳脱色方法。

3.原卤水“空气+臭氧氧化”试验

(2)臭氧氧化

① 不同臭氧浓度的对比

1L原卤水样，分别用 25mg/L、50mg/L、80mg/L、100 mg/L 的臭氧浓度进行氧化脱色。氧化 1h 后测定水样的色度及 TOC。

表3 不同臭氧浓度对卤水处理效果的影响

可见，臭氧的总体氧化效果要优于空气氧化，臭氧浓度越高，处理效果越来越好，当臭氧浓度为 80mg/L 时，色度去除率 90%以上。

② 不同臭氧氧化停留时间的对比

1L原卤水样，用浓度为 80mg/L 的臭氧进行氧化，分别停留 0．5h、1h、1．5h 后测定水样的色度及 TOC。

表4 不同臭氧氧化停留时间对卤水处理效果的影响

可见，随着曝气停留时间的不断延长，处理效果越来越好，臭氧氧化的效果总体较好，氧化1h色度去除率即可达到90%以上。

(3)空气+臭氧氧化

① 增加不同臭氧浓度的对比

1L原卤水样，采用空气+臭氧联合曝气氧化处理，在空气的曝气量为200mL/min、停留时间为1．5h的前提下，考察增加不同臭氧浓度对色度去除效果的影响。臭氧浓度分别为：10mg/L、25mg/L、50mg/L、80mg/L。

表5 增加不同臭氧浓度对卤水处理效果的影响

可见采用空气+臭氧联合曝气氧化处理效果较好，在空气的曝气量为200mL/min、停留时间为1．5h，增加臭氧浓度为 25mg/L，卤水的色度去除率可达到 90%以上。

②不同停留时间的对比

1L原卤水样，考察在空气的曝气量为200mL/min，臭氧浓度为25mg/L 时，停留时间对色度去除效果的影响，停留时间分别为：0．5h、1h、1．5h、2h。

表6 不同停留时间对卤水处理效果的影响

可见，卤水的色度去除率随着曝气停留时间的不断延长而不断上升，采用空气+催化臭氧氧化，曝气量为200mL/ min、增加臭氧浓度为25mg/L时，停留时间为1．5h，色度去除率即可达到 90%以上。

对比三种氧化方法：纯空气曝气氧化，空气流量为200 ml/min，曝气时间为2h，色度去除率仅为60%；纯臭氧氧化，臭氧浓度为80mg/L，曝气时间为1．5h，色度去除率可达到92%，但所需臭氧浓度高；而空气+臭氧氧化，只需在空气曝气的基础上增加 25mg/L 的臭氧，色度去除率就可达到90%以上，能较好地满足天然碱卤水的脱色要求，保障产品的白度。

4.废水处理运行成本估算

污水处理厂的运行成本包括人员费、动力费、维修费、药剂费和其他费用。其中人员费主要为人员工资及附加管理费费，动力费主要为电费和运输费，维修费主要为日常的设备维修保养费，药剂费主要为臭氧费用。（水量按1000m3/h，系统运行按365d/a）

(1)动力费用（E1）

①臭氧投加浓度：80mg/L，空气曝气量：0m3/min

运行总功率约为780KW，电费按 0．75 元/KWh 计算

每m3废水处理耗电成本：E1=780×0．75÷1000=0．59元/m3；

②臭氧投加浓度：25mg/L，空气曝气量：200m3/min

运行总功率约为 950KW，电费按 0．75 元/KWh 计算

每m3废水处理耗电成本：E1=640×0．75÷1000=0．71元/m3；

③臭氧投加浓度：0mg/L，空气曝气量：200m3/min

运行总功率约为 725KW，电费按 0．75 元/KWh 计算

每m3废水处理耗电成本：E1=400×0．75÷1000=0．54元/m3。

(2)药剂费用（E2）

①臭氧投加浓度：80mg/L，空气曝气量：0m3/min

液氧使用量 0．8t，液氧价格 700元/吨

每m3废水处理耗电成本：E2=0．8×700÷1000=0．56元/m3；

②臭氧投加浓度：25mg/L，空气曝气量：200m3/min

液氧使用量 0．25t，液氧价格700 元/吨

每m3废水处理耗电成本：E2=0．25×700÷1000=0．18元/m3；

③臭氧投加浓度：0mg/L，空气曝气量：200m3/min

无药剂消耗。

(3)工资费用（E3）

Study of the Technology of Organic Matter Removal by Original Bittern After Aeration and Oxidation

Zhang Baode
（He’nan Zhongyuan Chemical Co., ltd, He’nan, 474775）

Adopting the air, ozone and ozone + air as the gas source and with the help of a complete set of specified aerator for air blower an d the mechanical aeration device by connecting the pipeline, take experiment of trona original bittern to observe the decoloration effect and the relate d parameters and then choose the feasible process scheme.

trona；raw brine；aeration；oxidation

T

A