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轻质碳酸钙生产用水分类循环利用

发布时间:2016-08-15 14:03:40      

1. 碳酸钙生产企业用水情况及分类循环策略

1.1 用水来源

    对于碳酸钙生产企业来讲,可用的水源一般包括地下水、地表水、收集的雨水和生活排水经处理后得到的中水。地下水一般情况下能够满足碳酸钙生产过程的要求, 多数企业直接用于生产。地表水来自河流,含有固体悬浮物和被沿岸生活和工业废水污染的杂质,因此在使用前需要进行净化水处理,根据具体水质和用途可能需要 加设沉淀池或生化处理设施。对于南方多雨的区域,雨水收集可能是一个不可忽视的用水来源。影响雨水质量的主要原因;一是由于大气的污染,直接由降水带来的 污染物;二是屋面材料的影响和在非降雨期屋面上积累的大气沉降物;三是来自路面的污染,如路面材料、生活垃圾、裸露或植被地带冲出的泥沙等等,因此需要对 雨水进行净化处理。经常下雨地区,雨水的污染可能相对较轻,如果将其用于窑气和锅炉烟气净化的补充用水,可以考虑集中收集并经简单沉降后直接使用。中水来 自于对生活排水的处理,可用于窑气和烟气净化的补充水。

1.2 生产过程产生的废水及特点

整个生产过程产生废水包括:

(1)窑气净化过程的洗水,主要含固体悬浮物和溶于水中的可溶性物质;

(2)锅炉烟气脱硫净化产生的废水,与窑气净化的洗水相似;

(3)原料石灰石洗涤水,主要含有泥土等固体杂质;

(4)石灰乳精制过程中排放残碴携带的浆液和冲洗设备环境产生的废水,是石灰水;

(5)碳化液稠厚器排出的上层清液,含有碳酸钙微细颗粒;

(6)离心过滤后的母液,含有碳酸钙微细颗粒;

(7)干燥过程蒸发的潮气经冷凝后得到的冷凝水,含碳酸钙颗粒;

(8)压缩机和冷冻机等机械设备所用的冷却水

1.3 碳酸钙生产过程水分类循环利用策略

    根据上述各种水源和生产废水的特点,我们可以将碳酸钙生产用水设为三个水循环系统:

   (1)冷却水循环系统:压缩机、制冷机组等使用的冷却水设立单独的循环系统,设凉水塔,在水中加入化学药剂对循环水进行处理,预防结垢和微生物的生成,其补充水源为地下水或经处理的地表水。

   (2)除尘水循环系统:包括经惯性除尘、喷淋、泡沫、填料等窑气除尘净化和锅炉烟气脱硫除尘所用水的循环系统。从除尘设备流出的含尘水经三级沉降池进行 循环利用,返回净化系统继续用于窑气和烟气中的除尘和脱硫。本部分的补充水主要来源于原料石灰石洗水、全厂生产下水、雨水和部分过量的滤液水,这些补充水 源经三级沉降池进入系统。

   (3)工艺水循环系统:以离心过滤所得滤液为核心,建立滤液合理利用系统。过滤滤液直接用于化灰;干燥排潮冷凝得到的回收热水补充化灰热水;部分滤液、 回水集中于滤液池经统一处理后用于化灰、改性等处用水;少量多余滤液排放到三级沉降池;工艺系统补充的一次水量主要用于石灰乳调浓,其目的是利用地下水低 温进一步降低精浆液温度,以减少冷量的消耗。


2. 冷却水循环系统

        本循环系统主要是将压缩机、制冷机组 使用的冷却水经凉水塔进行循环使用。通过本系统的循环水,带走了运转设备产生的多余热量,使生产中发热和高温环境中的设备或部件得到冷却,满足设备平稳运 行的要求,同时使工艺介质得到冷却,以满足生产工艺的要求。碳酸钙生产企业一般采用敞开式循环,即冷却水经与工艺介质换热后,在凉水塔中与空气接触散热而 被冷却,然后再经循环水泵送往用水装置取热后返回到系统中循环利用。

    在敞开式循环冷却水系统中,冷却水不断循环,由于水温升高和水的蒸发,各种无机离子和有机物质的浓缩;冷却塔及其水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘 杂物的进入以及设备结构和材料等多种因素的综合作用,容易产生沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生,威胁和破坏长周期安全生产,因此,腐蚀、污垢和 微生物问题是循环冷却水处理工作的三个核心问题。

对于腐蚀问题,由于碳酸钙生产企业工艺物料多为碱性,较少机会在冷却水中混入酸性离子,因此由于冷却水造成的设备腐蚀的相对较小。

    冷却水循环系统中的污垢问题应引起碳酸钙生产企业的重视。碳酸钙生产过程中的各个环节均涉及固体粉尘,敞开式冷却水系统受到粉尘污染可能性较大,并且碳酸 钙生产企业补充的一次水一般不经处理,其中的钙离子、镁离子和硫酸根、磷酸根等阴离子会在换热器表面形成硬垢,牢固附着在换热表面上,不容易被水冲走,形 成垢层,降低换热设备的换热效果。

    在空气和水对流过程中吸附了空气中的大量灰尘和微生物等杂质,使水中的悬浮物含量大大增加,同时循环水在凉水塔冷却过程中与空气充分接触,水中溶解氧丰 富,在循环过程中光照充分且一般循环水的水温大都在25—45℃之间,系统泄漏的物料和水处理药剂又为微生物的繁殖补充了丰富的营养物,所以循环水系统的 条件十分适合微生物的繁殖。在系统中微生物繁殖速度十分快,数量增加迅速,尤其在凉水塔的塔壁亡,菌藻生长繁殖特别快,在处理效果不佳时不到一个月塔壁上 就布满了绿色的茵藻。当冷却水中润滑油等有机物泄漏或系统杀菌效果不佳时,微生物滋生繁殖较快并在生长过程中会分泌出大量的瓤性物,并和微生物本体形成微 生物菌团,这些菌团与空气及水中的灰尘、沙砾、化学污染物等形成体积较大,质地疏松稀软的大量不连续多孔胶状生物熟泥。由于其松散稀软,在沉积层的内外氧 浓度存在差异,从而形成氧浓差电池而导致金属发生垢下腐蚀。

    无论腐蚀、结垢还是生物泥的存在,都会极大地降低换热设备的换热效率,加速换热设备垢下腐蚀的速度,简单的解决办法是在水中加入化学药剂,以预防结垢和微生物的生成。

 

3. 除尘水循环系统

    为了提高碳酸钙产品质量,所有的碳酸钙生产企业都对窑气进行除尘净化处理,以除去含CO2窑气中随带的细小灰尘,只是采用的净化设备各异。一般认为,由于 水会吸收窑气中的CO2和SO2,因此这部分水显酸性。本文作者在井陉某碳酸钙生产企业采集的除尘水的pH值为7-8,略显碱性。这可能是因为窑气中随带 的灰尘多为生石灰粉,这些粉尘进入水中后与窑气中的SO2发生反应,起到了脱硫的作用,同时使得除尘水成为弱碱性。

    随着近年来雾霾天气对环境危害不断加重,政府监管部门对烟气脱硫除尘的要求和管理越来越严格,各生产企业应尽快建设烟气脱硫装置,并实现连续不断的运行。 碳酸钙企业充足的石灰水资源为烟气脱硫提供了便利的碱性物质原料来源,可利用石灰乳精制过程中排放残碴携带的浆液和冲洗设备环境产生的废水(即石灰水), 作为烟气除尘脱硫的直接补充水,通过其中的氢氧化钙与烟气中的SO2反应达到脱硫的目的。

    本系统同时还需要排出一小部分水,可以用于各工序冲洗地面、马路,少部分用于绿化浇花木。在夏、春、秋等季节基本做到零排放;冬天浇花木、冲马路等用水减少时,会有多余的排水。

 

4. 工艺水循环系统

    本系统主要包括三部分水:稠厚器的上清液、过滤机滤出液和干燥器排潮冷凝水。这三部分水均是含有产品碳酸钙微粒的含尘水,它们的温度均较高,冷凝液一般在 60-70℃,稠厚器上清液的温度为50-60℃,过滤滤液的温度为40-50℃。温度较高的水直接作为石灰消化用水,有利于提高消化温度,节省消化用蒸 汽,如果搭配得好,完全可以取消石灰消化用蒸汽。为了更好地调配这部分工艺循环水,需要有一个滤液池来收集这些高温滤液,以起到储存和缓冲作用。多余的工 艺水则可以排放到三级沉降池,经沉降处理后用于其他工序。

    对于过滤后的滤液,其中主要含有部分产品碳酸钙颗粒,外观呈乳白色,刚从离心机出来的滤液的浓度一般为3-4波美度,经简单沉降后其浓度为2-3波美度。 经在井陉某企业现场取得的滤液,经检测其pH值为7-8,浓度分别为3.77g/100ml和2.30g/100ml。其中所含碳酸钙固体颗粒的电镜照片 见下图。由图可见,其颗粒大小为纺锤形,直径约0.3μm ,长约1μm。 


    含碳酸钙滤液的循环使用既可以减少石灰消化的所需水和蒸汽的用量,同时也回收了滤液中的碳酸钙,与滤液直接排放相比,增加了碳酸钙的收率和产量,是一举多 得的事情。但是,碳酸钙产品随滤液返回系统也存在弊端,主要的问题是细小碳酸钙颗粒的返回,会减小碳酸钙产品的沉降体积,增大其视密度,其原因是返回系统 的细小碳酸钙,在碳化反应过程中起到了晶种的作用,使得新生的碳酸钙更容易在这些晶种颗粒上长大,造成碳酸钙产品的颗粒增大。另外,原料石灰石中的含镁量 将影响到滤液的返回量:如果石灰石品质好,含镁量低,脱水过程的回水(母液)经澄清后可在系统中全部循环利用,无废水外排;但是如果石灰石中含镁量偏高, 就需要定期调整工艺指标,外排部分母液。因此,实际中需要根据产品质量要求和原料中的镁含量来确定滤液返回系统的比例。

    干燥过程排出的潮气是由夹杂着部分轻钙微粒、携带大量热能的水蒸汽与热空气组成的混合气体。对这部分能量和粉体不进行回收利用,直接排入大气,不仅造成了 能源的浪费,而且还对环境造成了污染。根据本分会专家组成员綦春瑞发表的论文(轻质碳酸钙生产工艺设备的选择及生产过程节能减排的控制措施),每生产1吨 轻质碳酸钙可获得6吨约65℃的热水。相当于48kg燃煤所放出的热量。每生产10000吨轻钙回收的能量相当于480吨燃煤的能量。利用这部分热水澄清 后去消化石灰,既加快了石灰的消化速度,又提高了灰乳及最终产品的质量,对生产有利又避免污染。

对干燥过程排出的潮气进行冷却冷凝得到的冷凝热水中含有一些碳酸钙粉尘颗粒,但不含镁化合物且温度较高,一般经简单沉降澄清后,被优先送到石灰消化过程直接使用。