气浮装置在盐水精制中的应用研究

许 令，王晓波，赵 亮，袁延宗

(山东海化股份有限公司纯碱厂，山东 潍坊 262737)

1 研究背景

盐水精制为氨碱法生产纯碱过程中的一道必要工序，常用的盐水精制的方法有石灰-纯碱法、石灰-碳酸铵法、碳酸铵法和石灰-芒硝法等。我厂老线盐水工序采用的为石灰-碳酸铵法。

1)加入石灰乳除镁：

Mg2++Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+Ca2+

2)在除钙塔中，将第一步除镁后的清液与碳化尾气反应，第一步生产的Ca2+和粗盐水中固有的Ca2+一并生成沉淀而除去：

2NH3+H2O+CO2→(NH4)2CO3

Ca2++(NH4)2CO3→CaCO3↓+2NH4+

我厂老线盐水精制的澄清桶采用道尔式澄清桶，依靠用重力沉降除去盐水中的不溶物后进入下一步制碱工序，该方法虽然操作容易、运行稳定，但存在单位面积澄清能力低、一次盐水浊度也较高等缺点。精盐水浊度的高低对后续蒸吸、碳化工序设备运行周期，以及固相重灰工序生产工况的稳定性影响非常大，我厂老线现有3套固相重灰系统，频繁因盐水浊度影响减量生产，年平均产能仅为设计能力的70%，使得重灰能耗过高以及重灰产量占比极不合理，严重影响了企业的市场竞争力。

2 气浮技术介绍

气浮法是固液分离或液液分离的技术，是工业废水处理的典型方法之一，即在待处理废水中通进大量微气泡，水中的细小微粒粘附在气泡上，形成密度小于水的气浮体，在液体浮力和界面张力的共同作用下，上浮到水面形成浮渣与水分离。气浮法按产气机理不同分为溶气气浮法、电气浮法和散气气浮法，其中溶气气浮中加压气浮是最为常用的方法。气浮法与其他处理方法相比有其自身优点，气浮池表面活性比沉淀池高，水力停留时间短、体积小、池深浅、浮渣含水率低，且排渣方便。与混凝沉淀法相比加药剂量小， 气浮法气泡充入水中， 水中溶解氧较多，有利于后期处理，不腐化。随着环境保护的继续深入，国家及地方政府对环保投入增加，水处理工艺也日益完善，气浮技术随之被广泛采用，气浮处理设备不断研发，品种齐全，在理论研究方面，该技术已相当成熟。

气浮装置目前广泛应用于炼油、化工、酿造、植物油生产与精炼、屠宰、电镀、印染等工业废水和市政污水的处理。该类装置工作原理是：在加压下将空气溶解在带有悬浮物的粗盐水中，然后突然减压将溶解的气泡释放，在聚凝剂的作用下附聚在沉淀的颗粒上，因其比重大大低于水，故能以一定的速度浮到水面上。该方法分离水不溶物的速度及效果要远远优于自身重力沉降的方法，对比重接近与水的不溶物分离效果更为明显。

将气浮装置试用于一次盐水的精制过程中，通过深度去除Mg(OH)2等不溶物，解决目前一次盐水中各类不溶物偏高，进入除钙塔后絮凝成沉淀，影响除钙塔除Ca2+效果的问题，最终达到降低精盐水浊度的目的。降低精盐水浊度，可减轻后序工序设备及管道内结疤现象，延长蒸馏塔等设备作业周期，提高系统产能，改善重灰一水碱结晶，稳定固相重灰生产，提高重质纯碱的产品质量。

3 实施方案

3.1 流程简述

气浮进水自一次盐水泵入口总管切断阀之前引出，加入混凝剂及絮凝剂后在气浮装置混合管处与溶气水混合，经布水系统均匀的分布在气浮池内；溶气水由气浮回流水与压缩空气在溶气装置处制备；经过气浮后，清水溢流至原一次盐水泵入口总管切断阀后，由一次盐水泵送入除钙塔，污泥经撇泥装置撇出后经污泥管道送至污泥回收利用装置全部回收利用。具体工艺流程如图1。

图1 盐水精制工序流程图

3.2 主要设备

气浮装置(处理水量850 m3/h)1套，池径15 m，池深1.2 m，材质Q235。池顶附带安装行走刮泥装置1套。

压缩空气制备装置1套，包含空气压缩机2台、储气罐1台。

加药装置1套，包含PAM自动加药装置、PAC加药装置各一组。

分析设备：HACH-2100Q便携式浊度仪(浊度仪采用散射法测量浊度)。

图2 气浮装置

3.3 生产试验

主要通过调整各影响因素对比气浮进出水浊度的变化，对试验过程中暴露的问题进行改进，研究气浮维持正常工况下的运行周期；并进行项目技术经济性分析，包括能耗分析、成本核算等。开展了药剂选型、冬季恶劣天气对气浮装置连续运行的影响等研究，解决试验过程中的出水浊度不稳定的问题。

3.3.1 药剂选型

气浮试验过程，药剂试验为不加药剂与添加药剂两种路线，其中添加药剂路线又分为：只加PAM、只加PAC与PAM+PAC组合药剂三种情况。

通过在生产中进行的气浮试验效果，不添加药剂时，只依靠气泡带动悬浮物上浮。当进水浊度较大时，气浮处理能力明显不足，故必须添加一定的药剂来去除悬浮物。

因盐水生产过程应尽量减少添加硫酸根离子，故PAC选用聚合氯化铝作为试验药剂。悬浮物絮凝效果较好，且絮凝物成絮状，比重较轻，加入溶气水后，易于上浮。

3.3.2 运行稳定性的研究

冬季气温较低，气浮进水为一次饱和盐水，经查定，气浮进水与出水温度最低温差为9 ℃，温度降低对NaCl溶解度有影响，从而降低盐水盐分影响后续生产系统的循环量，且气浮池内盐析出结晶影响气浮效果，缩短了气浮运行周期；因气浮撇泥勺及污泥泵均为间歇运行，撇泥勺及管道内部产生盐结晶造成管线堵塞，影响了污泥的外送，同样缩短了运行周期。经试验论证，为保证效果，应增加管道保温措施，并增加压缩空气加热装置、保温措施，相关管道增加冲洗水定期冲洗，保证气浮运行的稳定性。

3.3.3 试验结果

气浮稳定运行周期达到28天以上，处理水量最高811.23 m3/h，选用“聚合氯化铝+PAM”组合药剂，加药点选择在提升水泵进口管道(距离气浮进水口30 m左右处)，出水浊度可稳定在5 NTU以下。

4 结论分析

气浮自2018年10月12日首次试验以来，共长周期运行六次，实现了设备连续稳定运行(运行周期28～31天)；气浮正常运行时，一次盐水全部经过气浮装置，处理水量最大时超过800 m3/h，可以满足我厂老线生产的需求；气浮出水及精盐水能稳定保持在浊度5 NTU以下，悬浮物(ss)与浊度(NTU)经验换算关系为：1 mg/L≈0.13 NTU，精盐水悬浮物(ss)能稳定保持在40 mg/L以下。

目前老线2套固相流化床工艺的重灰系统，气浮自2019年8月22日开车后长周期运行，以2019年9～11月份与2018年同期相关数据对比，各项对比如表2。

表1 气浮工业化试验降浊情况

表2 老线重灰1#、2#重灰平均出力率统计表

试验运行一段时间后，总结发现当前装置仍然存在以下两方面的不足：

一是降雨及大风天气会对气浮运行效果产生影响，虽经理论计算降雨对盐分影响不大，但雨滴会将气浮表层的污泥击碎，影响出水浊度，遇到大风天气时，漂浮在气浮表层的污泥受到风力压迫会再次下沉，影响气浮出水浊度。为此，我们打算通过对气浮装置增加顶盖和挡风板，以消除恶劣天气造成的影响。

二是气浮水池、溶气装置及管道内壁在运行一段时间后亦会出现结垢现象，这一问题成为制约气浮装置运行周期的主要原因。我们打算从投用纳滤精制卤水化盐、提高原盐质量入手，结合精细化操作、精致化管理，开展气浮装置防结垢技术研究，使气浮运行周期进一步提升，从而产生更佳的经济效益。