卧螺离心机在处理石棉废水中的应用

摘要:隔膜电解法制烧碱产生的石棉废水通常采用混凝沉降加过滤来去除石棉绒;也可用离心机分离回收方法进行处理,但目前未见有相关的介绍和报导,前者处理流程较长,操作程序较多,不易采用自动控制。我们采用了结构紧凑、进水浓度范围大、操作简单、易于实现自动控制的卧式螺旋卸料沉降离心机处理石棉废水,取得了令人满意的效果,出水浓度达到国家和地方的排放标准。
　　关键词:卧螺离心机;石棉废水;处理
　　1　石棉废水的来源
　　隔膜电解法制烧碱,要消耗大量的石棉,这些石棉作为隔膜应用于电解槽的阴极网,每产一万吨隔膜烧碱约消耗1.6吨的石棉。当维修电解槽的阴极网时,用高压水冲冲出使石棉脱落,被剥落的石棉连同废水排入环境,成为污染环境的危险废物。我公司每年约消耗十吨石棉,石棉废水产生量和污染物浓度见表1。
              
　　2　石棉的性质和危害
　　隔膜用的石棉是含镁的硅酸盐,其主要成份为:Ｍｇ3Ｃａ(ＳｉＯ3)4或Ｈ4Ｍｇ3Ｓｉ2Ｏ9,纤维富有弹性,化学性质不活泼,具有耐酸、耐碱、耐热的性能[1]。长期吸入接触石棉者可引起石棉肺或肺癌等。国际癌症研究中心(ＩＡＲＣ)已确认为致癌物[2]。
　　3　石棉废水的处理方法
　　3.1　混凝沉降加过滤法[3]
　　石棉废水可用此流程处理使出水达到排放标准,但此流程较长,占地多,操作较繁。我们希望能够找到一个操作简单,直接回收的方法。
　　3.2　直接离心分离法
　　衡量石棉在水中能否通过离心很好地被分离由两个基本因素决定,就是在水中的沉降速度和离心机的分离因素。为此,我们在实验室内分别做了两个试验。
　　3.2.1　废水沉降速度测试
　　自然沉降测试的原理,是由混合物的比重不同,容器中的悬浮液经过沉降一段时间后将逐渐分层。悬浮液的重相下沉到容器底部,而轻相则浮在上部,轻重相之间形成某种的分界面。分层的速度受到组成悬浮液轻重相密度差的影响,密度差越大,分层的速度越快。因此在实验过程中,测试的设备选用了直径20.5ｃｍ,高100ｃｍ的装置测定石棉废水自然沉降速度。先将废水混合均匀,倒入实验装置中至80ｃｍ高处,开始记录时间,同时观察和记录固液介面的沉降高从实验测定沉降速度的曲线图分析:在开始的5ｍｉｎ内,固液介面高度很快从80ｃｍ降到24ｃｍ处,20ｍｉｎ后曲线基本处于平稳状态。测试结果石棉绒在废水中有很好的沉降速度,可利用离心机沉降分离。
     3.2.2　废水离心分离试验
    离心沉降分离的原理,是利用悬浮液或固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,在离心力场的作用下迅速沉降分层,实现液-固分离目的[4]。离心分离机分离性能的重要指标是分离因数,它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值,分离因数越大,通常分离也越迅速,分离效果越好。
    分离因素计算公式[5]:
   Ｆｒ=ω2ｒ/ｇ其中
   ω———转鼓角速度,ｒａｄ/ｓ
   ｒ———细颗粒回转半径,ｍ
   ｇ———重力加速度,9.8ｍ/ｓ2
    在实验室我们选用了转速4000ｒ/ｍｉｎ,回转半径0.1ｍ,分离因素1790的800型的电动离心沉淀器分离石棉废水。
    试验过程:取已分离了粗大颗粒的石棉废水(ＳＳ3100ｍｇ/Ｌ),放入离心试管中,置于离心机内,开启电源,运行40ｓ后关机,测定离心清液的ＳＳ浓度;另取相同浓度的石棉绒废水加入ＦｅＳＯ4·7Ｈ2Ｏ,令其水中浓度400ｍｇ/Ｌ,搅拌后以同样操作进行试验,并测定离心清液ＳＳ浓度。
     试验结果讨论:由于条件所限未能应用分离因素更大的离心机进行试验,但本试验用分离因素为1790的离心机试验结果仍表明,用离心机处理石棉废水是可行的,只要分离因素足够或加入絮凝剂,完全可以通过直接使用离心法处理石棉废水,实现达标排放。
    在实验过程中加入絮凝剂的作用,是由于废水中存在微细的石棉幼绒和其它金属氢氧化物等杂质(如颗粒直径小于1μｍ的溶胶),这些微粒带负电荷,由于同性相斥,不易凝聚成大颗粒,以本身重量产生沉降非常困难,因而会形成较为稳定的悬浮液,若能利用与悬浮微粒带相反电荷的化学药剂吸附中和这些微粒的表面上的电荷,使表面电位减少,胶体微粒的稳定状态因此被破坏而发生凝集而加速沉降,如用Ａｌ2(ＳＯ4)3、ＦｅＣｌ3、ＦｅＳＯ4等作絮凝剂[6]。因此,我们选用了可在碱性条件下应用的ＦｅＳＯ4作为絮凝剂。
    4　离心机的选择
    工业应用的离心机有过滤式离心机、沉降式离心机和分离机。过滤式离心机均要采用过滤介质(滤袋),运行过程中会因滤布阻塞而使生产能力下降,要清洗或更换滤袋才能恢复其生产,而且是间歇式操作,生产不能连续进行,操作程序较多,不利于实现自控;而分离机仅适用于分离低浓度的悬浮液和乳浊液。因此,这两类离心机都不在我们选择之列。卧螺离心机不需过滤介质(滤袋)而是通过电机带动无孔转鼓及同心安装的输料螺旋,以一定的差速同向高速旋转。物料由进料管连续引入输料螺旋内筒,加速后进入转鼓,在离心力作用下,较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端,经排渣口排出转鼓及机外。较轻的液相物则形成内层液环,由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓,经排液口排出机外。进水、排水、排泥连续进行。它克服了过滤式离心机的缺点,能在全速运转下,连续进料、分离和卸料。具有结构紧凑、连续操作、运转平稳、适应性强、生产能力大、方便实现自动控制和维修方便等特点。基于上述分析,我们选择了卧螺离心机的工作过程。
    按试验情况分析,必须选择分离因素大于1790的离心机才能将石棉绒从废水中分离并使排水达到国家和地方排放标准。结合我公司石棉废水的状况和卧螺离心机的系列产品,我们选择了型号为ＬＷ380-886-Ｃ11型的卧螺离心机.
    5　工艺流程及说明
    5.1　工艺流程
    5.2　工艺流程说明
    石棉废水自排水沟流入集水池中,集水池顶部设网眼为5×5ｍｍ的平面人工格栅,除去粗渣。废水由砂浆泵抽入卧螺离心机,固体物在离心机转鼓内壁上堆积被螺旋推向转鼓的小端,脱水后从排渣口排出;清水从离心机转鼓大端的溢流孔流出。进水、排水、排泥连续进行。集水池可设液位高低位自动控制,用时间继电器控制开机时先用清水洗涤离心机10ｍｉｎ后再进料,系统采用慢动电磁阀使开启时逐渐开大电磁阀,逐渐加大进料流量,直至达到要求的流量,使离心机能平稳起动运行。整个系统的运行可通过ＰＬＣ实现全自动控制。
    分离出的清水含有ＮａＯＨ,送去盐水工段化盐和沉淀Ｍｇ2+之用,实现综合利用和石棉废水零排放。
    5.3　运行结果测试及结论
    在加入絮凝剂的情况下,该型离心机在其操作范围2～5ｍ3/ｈ情况下,都可以使出水浓度达到国家和地方的排放标准,但在不加絮凝剂的情况下,流量在4～5ｍ3/ｈ出水处理效果迅速降低,所以实际运行时取3ｍ3/ｈ流量为宜。
    6　结　论
    用ＬＷ380-886-Ｃ11型的卧螺离心机处理石棉废水在絮凝剂ＦｅＳＯ4·7Ｈ2Ｏ(浓度400ｍｇ/Ｌ)的存在下,以3ｍ3/ｈ的进水流量,可实现连续进水、出水、出渣,实现稳定运行,出水ＳＳ达到国家和地方的标排放标准。分离出的水和其中的碱回用于盐水工段化盐,实现综合利用和零排放。