活性砂过滤器在碱液精制中的应用试验研究

罗红兵，李 艳，王彦华

(内蒙古博源工程有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

活性砂过滤器在碱液精制中的应用试验研究

罗红兵，李 艳，王彦华

(内蒙古博源工程有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

研究活性砂过滤器在碱液精制工艺中的应用情况，采用不同类型和粒径的滤料通过活性砂过滤器处理碱液。结果显示，以粒径为0.5～1.0 mm的石榴石为滤料，通过活性砂过滤器碱液浊度由40 NTU降低到10 NTU，达到生产要求，活性砂过滤器可以实现碱液精制。

活性砂过滤器；石榴石；碱液精制

在以天然碱湖资源为原料(主要含有碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化钠)，采用碳化法生产小苏打和纯碱的过程中普遍存在原料液浊度、总悬浮物、有机质含量高等问题[1,2]，并且碱液的浊度、颜色和总悬浮物量随季节气候变化较大，现有的絮凝沉降工艺不能完全满足生产对于碱液品质的要求。因此，需要开发出一种安全、稳定、可靠，处理成本低的碱液精制工艺技术，减少絮凝剂的使用量，降低生产成本。与活性炭过滤、膜过滤、硅藻土过滤等水处理方式相比较，活性砂过滤技术具有混凝、絮凝、沉淀、过滤一体化，无需停机反冲洗，出水效果更稳定，反洗水量少，控制更为简单等特点[3,4]，因此，可以借鉴活性砂过滤器在污水处理方面的成功经验，应用于碱液精制工艺中，提高碱液的品质。

1 材料与方法

1.1 试验装置和物料性质

在中试试验中，采用活性砂过滤器处理化碱清液，试验装置示意图见图1。活性砂过滤器为不锈钢304材质，直径1 m，总高度为6 m，砂层填料高度最大3 m。

化碱清液为天然碱和卤水经硫化钠除铁以及絮凝沉淀后制得的清液，含有碱泥及硫化亚铁细小的固体颗粒，颜色呈淡黑色，比较稳定。化碱清液总悬浮物量为20～50 mg/L，浊度为15～40 NTU。

图1 典型内循环活性砂过滤器

1.2 试验方法

装置连续进液，进液流量5.0 m3/h，设置滤速为6.5 m/h，反洗砂排污量为进液量的10%～20%，砂层高度2.5～3 m，砂层移动速度50 cm/h，空气流量1.1 m3/h。过滤液进入设备布水器，经过砂层过滤后得到清液通过设备的溢流口流出，设备底部截留杂质的砂子被压缩空气通过设备中心提砂管，带到设备顶部，砂子经过气液的冲撞，通过洗砂器完成洗涤，干净的砂子再落回砂层，洗涤的污水通过洗砂器排出，过滤和洗砂同时进行。在洗砂器内调节洗砂液位，根据进液的浊度控制反洗液的流量。

2 结果与分析

2.1 化碱清液过滤效果

从试验现象和结果可以看出，采用活性砂过滤器处理碱液，化碱清液中的黑色小颗粒悬浮物大部分被截留了，溶液的颜色由淡黑色变为亮黄色，该方法可以降低碱液的浊度，去除悬浮物，提高碱液的品质，设备稳定运行48 h，出液浊度显著降低，颜色变亮效果明显，见表1、表2。

表1 以石榴石为滤料活性砂过滤器化碱清液过滤效果

表2 以石榴石为滤料活性砂过滤器化碱清液过滤运行表

时间h进液流量m3/h反洗液流量m3/h进液浊度NTU出液浊度NTU反洗液浊度NTU251.227.716.181451.027.515.083650.82712.1111850.926.5101051050.926.8101101251.027111201451.025101201651.027.511.61211851.026.512.31352050.632182002250.731162002450.732162002650.832152002850.738171173050.838152003250.9834151653451.038141343650.933131443850.935141604050.8835151704250.8032141654451.033181504651.036201754851.03520170

此外试验中发现，洗砂废液通过静置沉淀后黑色的悬浮物聚集变大沉淀下来，通过分离除去黑色沉淀，上层的清液可以直接返回系统过滤。

2.2 滤料的影响

试验中分别采用了石英砂、细沙、海砂、石榴石作为滤料，其堆密度和规格如表3所示，试验中由于碱液的密度为1.15 g/mL大于水的密度，过滤速度为6.5 m/h时，试验中采用的小粒径石英砂、风积沙容易造成床层混乱、松散不适合过滤碱液；采用较大粒径的海砂，过滤精度达不到试验要求。石榴石在碱液中的沉降速度为14.4 cm/s，在蒸馏水中的沉降速度为18.8 cm/s。

表3 各种滤料的密度及其碱液过滤效果

3 洗砂器的合理化设计与运行管理

由于碱液在制备过程中需要加入碱泥，通过加入絮凝剂，澄清后才能使用，澄清溢流得到的化碱清液中含有很少量的絮凝剂、碱泥以及硫化铁悬浮物，因此洗砂器的洗砂能力需要加强，而且洗砂速率需要加快，保证床层处于动态状况，否则时间长了会造成床层板结[5]。此外洗砂器的液位调节范围需要宽泛，保证大流量返砂状况下反洗液能够正常排出。

4 结 论

采用活性砂过滤器，化碱清液直接通过活性砂过滤浊度降低了10～30 NTU，总悬浮物降低了10～30 mg/L，去除率30%～80%，满足生产用碱液的指标要求。占总进液量10%～20%的洗砂废液经过沉淀后分离出沉淀后清液可以返回系统重新过滤。活性砂过滤器可以实现碱液的过滤精制。

[1] 丁红霞,陈树东.运城盐湖卤水去除有机物工艺研究[J].无机盐工业,2007,39(12):36-38

[2] 赵秀萍,运城盐湖高镁卤水中有机物的膜过滤应用研究[J].盐业与化工,2010,39(2):30-33

[3] 路京鹏.啤酒生产废碱液净化回收利用试验研究[D].辽宁:沈阳建筑大学市政工程系,2012

[4] 李俊生.活性砂过滤器在城镇污水厂节能减排中的应用[J].中国给水排水,2010,26(1):57-59

[5] 王启栋.平流沉淀+絮凝沉淀工艺处理水电站砂石加工废水中试研究[D].重庆:重庆大学环境工程学院,2011

TQ051.8

A

1005-8370(2017)02-11-03

2017-02-20

罗红兵(1983—)，男，内蒙古鄂尔多斯市，内蒙古博源工程有限责任公司，硕士研究生，工程师，从事化工工艺研发。