申请日2018.08.16
公开(公告)日2018.12.14
IPC分类号C02F1/02; C02F1/20; C02F101/16
摘要
本发明涉及化学工程领域，具体而言，涉及一种降低提钒废水中氨氮含量的方法以及提钒工艺。降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：利用余热将原水加热至35‑45℃后再与阻垢分散剂按照每升原水对应1.5‑3毫克阻垢分散剂的比例进行混合并得到混合液，而后对混合液进行预热至75‑85℃，而后再利用水蒸气对所述混合液进行汽提。通过利用回转窑的烟气对原水进行加热，并对原水进行预热，大幅度降低汽提所需的能耗，降低生产成本，同时节约资源。使用本发明的阻垢分散剂能够有效抑制水垢的形成，延长设备的使用寿命，同时，保证生产能够顺利进行。
权利要求书
1.一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用余热将原水加热至35-45℃后再与阻垢分散剂按照每升原水对应1.5-3毫克阻垢分散剂的比例进行混合并得到混合液，而后对混合液进行预热至75-85℃，而后再利用水蒸气对所述混合液进行汽提。
2.根据权利要求1所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，对所述混合液进行预热之前将所述混合液的pH调至11-12。
3.根据权利要求2所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，汽提后的氨气与酸性液体发生酸碱中和反应，并利用酸碱中和反应产生的热量对所述混合液进行汽提。
4.根据权利要求1所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，汽提后按照每升汽提后的液体与3-5克氧化剂的比例混合去除原水中的COD。
5.根据权利要求1所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，所述阻垢分散剂是由磷酸类有机物、丙烯酸类有机物、磺酸类有机物聚合而成。
6.根据权利要求5所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，将所述磷酸类有机物、所述丙烯酸类有机物和所述磺酸类有机物按照质量比为2.5-4:1.3-1.8:1的比例混合后进行聚合反应。
7.根据权利要求5或6所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，所述磷酸类有机物为氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸或者2-膦酸基-1,2,4-三羧基丁烷中的任意一种。
8.根据权利要求5或6所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，所述丙烯酸类有机物为丙烯酸或者C1-C10取代丙烯酸，优选，所述C1-C10取代丙烯酸为甲基丙烯酸或乙基丙烯酸。
9.根据权利要求5或6所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法，其特征在于，所述磺酸类有机物为磺酸酯类化合物，优选为甲基磺酸酯或甲基磺酸乙酯。
10.一种提钒工艺，其特征在于，其包括权利要求1-9任意一项所述的降低提钒废水中氨氮含量的方法。
说明书
降低提钒废水中氨氮含量的方法以及提钒工艺
技术领域
本发明涉及化学工程领域，具体而言，涉及一种降低提钒废水中氨氮含量的方法以及提钒工艺。
背景技术
钒钛制品厂废水中氨氮含量在1500mg/L左右，现有技术中工业上常用的去除氨氮的方法有蒸发浓缩或者化学试剂或者空提，但是上述方法存在工艺复杂、去除效果低、对设备要求高或者能耗高，造成整个处理过程成本高等技术问题。且现有技术中采用空提的过程中，在空提设备中容易形成污垢，影响设备的使用寿命，同时影响工序的正常进行。
发明内容
本发明提供了一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，其能够大幅度降低能耗、提升去除氨氮的效率，同时，防止设备中形成水垢，延长机械设备的使用寿命。
本发明还提供一种提钒工艺，该提钒工艺操作简单、脱氨效率高且生产成本低。
本发明是这样实现的：
一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：
利用余热将原水加热至35-45℃后再与阻垢分散剂按照每升原水对应1.5-3毫克阻垢分散剂的比例进行混合并得到混合液，而后对混合液进行预热至75-85℃，而后再利用水蒸气对所述混合液进行汽提。
一种提钒工艺，其包括上述降低提钒废水中氨氮含量的方法。
本发明的有益效果是：本发明的通过利用回转窑的烟气对原水进行加热，并对原水进行预热，大幅度降低汽提所需的能耗，降低生产成本，同时节约资源。使用本发明的阻垢分散剂能够有效抑制水垢的形成，延长设备的使用寿命，同时，保证生产能够顺利进行。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的降低提钒废水中氨氮含量的方法以及提钒工艺进行具体说明。
一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：
S1、制备阻垢分散剂;
阻垢分散剂是由磷酸类有机物、丙烯酸类有机物、磺酸类有机物聚合而成。具体地，将所述磷酸类有机物、所述丙烯酸类有机物和所述磺酸类有机物按照质量比为2.5-4:1.3-1.8:1的比例混合后进行聚合反应。
磷酸类有机物、丙烯酸类有机物、磺酸类有机物采用上述比例能够保证聚合反应的顺利进行，同时保证制备得到的阻垢分散剂具有良好的分散性能和阻垢性能。该阻垢分散剂同时含有羰基、羧基、磺酸根和磷酸根对碳酸镁、碳酸钙、硫酸镁、硫酸钙等钙镁化合物有良好的阻垢分散作用。
进一步地，将磷酸类有机物、丙烯酸类有机物、磺酸类有机物添加到聚合反应器内，而后利用氩气或者氮气等惰性气体将聚合反应器内的空气排出，而后加热聚合反应器至回流，并在反应器中滴加引发剂，滴加完后保温反应2-3小时，即得到阻垢分散剂。
采用的引发剂为现有技术中已知的引发剂，例如过硫酸钠、过硫酸钾等氧化剂或者偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等偶氮类引发剂。
进一步地，磷酸类有机物为氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸或者2-膦酸基-1,2,4-三羧基丁烷中的任意一种。
丙烯酸类有机物为丙烯酸或者C1-C10取代丙烯酸，优选，所述 C1-C10取代丙烯酸为甲基丙烯酸或乙基丙烯酸。
磺酸类有机物为磺酸酯类化合物，优选为甲基磺酸酯或甲基磺酸乙酯。
采用上述物质作为原料，能够保证各个物质之间能有效进行聚合反应，继而保证阻垢分散剂的形成，且该阻垢分散剂使用量小，但是阻垢性能以及分散性能均良好。
S2、预处理;
在制备钒钛制品的过程中回转窑会产生大量烟气，而回转窑产生的烟气具有大量的热，而这些烟气所携带的热能不能得到良好的利用，形成了能量浪费，因此，本发明利用回转窑烟气具有的热量对原水进行热交换，使得原水被加热，具有一定的热能，减少后期加热原水所需的能量，继而降低能耗，降低生产成本，同时，能够减少资源浪费。同时，对原水进行加热有利于后续调节原水的pH，便于原水各个物质的混合均匀，继而提升脱氨效果。
进一步地，利用余热将原水加热至35-45℃，使得原水具有一定热能，便于后续原水的pH的调节，又能防止调节pH后的原水中的氨受到过高的温度而大量溢出。
而后将加热后的原水与阻垢分散剂按照每升原水对应1.5-3毫克阻垢分散剂的比例进行混合并得到混合液，此时添加阻垢分散剂能够有效防止处理原水的设备中形成水垢、继而延长设备的使用寿命，同时，防止停工去除设备的水垢，保证工序的顺利进行。
而后将所述混合液的pH调至11-12，混合液中氮元素以铵的形式存在，不利于工业快速、简单去除氮元素，因此，需要调节混合液的pH值，使得铵便于氨水，继而便于后续氮元素以氨气的形式从原水中分离出来。若原水的pH值过高，则后续氨气不易从原水中解析。
而后对混合液进行预热至75-85℃，上述温度下能够保证有利于氨气的析出，同时降低后续氨气从原水中析出所需的能耗。
S3、汽提;
最后利用水蒸气对混合液进行汽提，具体地，喷淋混合液，并使得混合液与水蒸气接触，利用水蒸气和原水中氨气浓度差，继而使得氮氨转移至水蒸气中，继而实现原水中的氮氨的去除。
汽提需要不断让具有较高热能的水蒸气与混合液接触，继而增加不断的新增水蒸气，不断将水加热为水蒸气，能耗高，增加了处理成本。
因此，本发明实施例将汽提后的氨气与酸性液体发生酸碱中和反应，并利用酸碱中和反应产生的热量对脱除氨气的水蒸气进行加热，而后水蒸气重新与所述混合液接触进行汽提。如此，能够进一步减少脱氨所需的能耗，降低生产成本，节约资源。
采用的酸性溶液可以是稀硫酸或者稀盐酸等酸性溶液。
S4、后处理;
汽提后的溶液中仍含有COD以及悬浮物，这些物质不符合排放标准依旧不能直接排放汽提后的溶液。因此，汽提后按照每升汽提后的液体与3-5克氧化剂的比例混合去除原水中的COD。
氧化剂可以是过氧化物或者重铬酸钾、高锰酸钾等其他具有氧化性能的试剂。
而后向去除COD的溶液中添加PAM，使得溶液中的悬浮物可以快速沉降至溶液的底部，便于去除悬浮物。
而后对溶液的下层液体进行压滤，得到的滤饼为悬浮物。而溶液的上层液体以及压滤得到的滤液经过酸性溶液调节pH后，重新回到高炉冲渣或者烧结配料。
通过上述方式能够快速去除原水中的氮氨，去除氮氨的效果高，且去除过程中能耗明显降低，节约了生产成本。且能够防止原水中的钙镁离子形成沉淀，防止在设备内形成水垢，继而延长了设备的使用寿命。同时，可以去除原水的中COD和悬浮物等，使得原水可以重新进行配料，进一步节约了资源，降低了生产成本。
本发明实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述降低提钒废水中氨氮含量的方法。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：
S1、制备阻垢分散剂;
将氨基三亚甲基膦酸、甲基丙烯酸、甲基磺酸酯按照质量比为 2.5:1.3:1的比例添加到聚合反应器内，而后利用氩气或者氮气等惰性气体将聚合反应器内的空气排出，而后加热聚合反应器至回流，并在反应器中滴加过硫酸钠，滴加完后保温反应2小时。
S2、预处理;
利用回转炉烟气的余热将原水(1立方米)加热至35℃，而后添加阻垢分散剂(1500mg)得到混合液，而后将所述混合液的pH调至 11，对混合液进行预热至75℃。
S3、汽提;
喷淋混合液，并使得混合液与水蒸气接触，实现汽提，同时，将汽提后的氨气与稀硫酸液体发生酸碱中和反应，并利用酸碱中和反应产生的热量对脱除氨气的水蒸气进行加热，而后水蒸气重新与所述混合液接触进行汽提。
S4、后处理;
汽提后按照每升汽提后的液体与3克氧化剂的比例混合。而后向去除COD的溶液中添加PAM，并对溶液的下层液体进行压滤，而溶液的上层液体以及压滤得到的滤液经过酸性溶液调节pH后，重新回到高炉冲渣或者烧结配料。
本发明实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述降低提钒废水中氨氮含量的方法。
实施例2
本实施例提供一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：
S1、制备阻垢分散剂;
将羟基亚乙基二膦酸、丙烯酸、甲基磺酸乙酯按照质量比为 4:1.8:1的比例添加到聚合反应器内，而后利用氩气或者氮气等惰性气体将聚合反应器内的空气排出，而后加热聚合反应器至回流，并在反应器中滴加过硫酸钠，滴加完后保温反应3小时。
S2、预处理;
利用回转炉烟气的余热将原水(1立方米)加热至45℃，而后添加阻垢分散剂(3000mg)得到混合液,而后将所述混合液的pH调至 12，对混合液进行预热至85℃。
S3、汽提;
喷淋混合液，并使得混合液与水蒸气接触，实现汽提，同时，将汽提后的氨气与稀盐酸液体发生酸碱中和反应，并利用酸碱中和反应产生的热量对脱除氨气的水蒸气进行加热，而后水蒸气重新与所述混合液接触进行汽提。
S4、后处理;
汽提后按照每升汽提后的液体与5克氧化剂的比例混合。而后向去除COD的溶液中添加PAM，并对溶液的下层液体进行压滤，而溶液的上层液体以及压滤得到的滤液经过酸性溶液调节pH后，重新回到高炉冲渣或者烧结配料。
本发明实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述降低提钒废水中氨氮含量的方法。
实施例3
本实施例提供一种降低提钒废水中氨氮含量的方法，包括以下步骤：
S1、制备阻垢分散剂;
将2-膦酸基-1,2,4-三羧基丁烷、乙基丙烯酸、甲基磺酸酯按照质量比为3:1.5:1的比例添加到聚合反应器内，而后利用氩气或者氮气等惰性气体将聚合反应器内的空气排出，而后加热聚合反应器至回流，并在反应器中滴加过硫酸钠，滴加完后保温反应2.5小时。
S2、预处理;
利用回转炉烟气的余热将原水(1立方米)加热至40℃，而后添加阻垢分散剂(2000mg)得到混合液,而后将所述混合液的pH调至 11.5，对混合液进行预热至80℃。
S3、汽提;
喷淋混合液，并使得混合液与水蒸气接触，实现汽提，同时，将汽提后的氨气与稀硫酸液体发生酸碱中和反应，并利用酸碱中和反应产生的热量对脱除氨气的水蒸气进行加热，而后水蒸气重新与所述混合液接触进行汽提。
S4、后处理;
汽提后按照每升汽提后的液体与4克氧化剂的比例混合。而后向去除COD的溶液中添加PAM，并对溶液的下层液体进行压滤，而溶液的上层液体以及压滤得到的滤液经过酸性溶液调节pH后，重新回到高炉冲渣或者烧结配料。
本发明实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述降低提钒废水中氨氮含量的方法。
对比例1：对实施例1相同体积的原水进行处理，未利用回转炉烟气的余热对原水进行加热，添加阻垢分散剂300g，对原水进行预热，并将pH调至11后，直接利用蒸汽对原水进行汽提，同时不循环利用酸碱中和反应产生的热量。
对比例2：市购阻垢分散剂
实验例1
计算对比例1和实施例1处理相同量的原水所需的能耗：
实施例1：原水温度均为20℃，使用的水蒸气量为30公斤，水蒸气是由25℃的水经过加热后得到温度为100℃的蒸汽。
对比例1：原水温度均为20℃，使用的水蒸气量为45公斤，水蒸气是由25℃的水经过加热后得到温度为100℃的蒸汽。
热能计算公式：Q=c·m·Δt
实施例1：能耗为42250千卡=30*(100-25)*1+(75-35)*1000*1
对比例1：能耗为58374千卡=45*(100-25)*1+(75-20)*1000*1
通过上述结果可知，采用本发明提供的方式对原水进行分步加热，能够大幅度降低能耗。
实验例2
对实施例1-3和对比例2采用的阻垢分散剂进行阻垢性能和分散性能检测。
阻垢性能测试
向100mL容量瓶中加入50mL去离子水和4mL6mg/mL的CaCl2水溶液，摇匀，然后加入阻垢剂分散剂，摇匀，用滴定管缓慢加入 4mL 18.3mg/mL NaHCO3水溶液(边加边摇匀)，再加入38mL去离子水，用硼酸调节其pH值为9左右，所得溶液中阻垢剂分散剂的浓度为7mg/L，将容量瓶置于80℃水浴锅中反应10小时，同时做空白试验(空白试验除了不加阻垢分散剂外，其它条件都一样)，然后用EDTA滴定法测阻垢性能。