摘 要：阐述了酸洗污泥的来源、处理的必要性，通过实验初步探讨了热压过滤干燥技术处理酸洗污泥的可行性和工艺参数，较经济参数为：压力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加热30min，出料含水率33.12%。
关键词：不锈钢；酸洗废液；酸洗污泥；热压过滤干燥
1 概述
生产不锈钢过程中，要除掉原料表面的氧化铁皮等物，常常用氢氟酸与硝酸配成的混酸清洗表面，该方法称为酸洗。随着混酸反复使用，酸浓度降低，酸洗效果下降时就需要排放废酸洗液并补充新酸，废酸洗液需要经过处理达标后排放。目前，大部分酸洗废水主要采用石灰中和沉淀[1]，由于石灰对重金属沉淀效果差，反应过程中有大量石灰未参加反应就被其他絮体包裹而沉于污泥中，加之除氟要求投加的生石灰过量，导致酸洗污泥产量大。中和沉淀工艺中和后的水相可以作为普通废水直接排放，但产生的酸洗污泥中含有未去除的镍、铬、铁等重金属和残酸，属于危险废弃物，还需要进一步处理处置，否则会产生二次污染，所以，提高酸再生率，同时减少由酸洗废液产生的污泥以及对酸洗污泥的处理是经济和环保的双重要求。文章将着重介绍不锈钢酸洗污泥的热压过滤干燥技术。
2 酸洗污泥的热压过滤干燥技术
酸洗污泥的处理中都涉及脱水减量，含水率过高的污泥易污染设备和厂区环境，不方便运输，影响后续处理处置。对酸洗污泥脱水是必要的，传统脱水方法有：机械脱水和热力脱水。机械脱水存在极限值，热力脱水则耗能高。酸洗污泥热压脱水工艺可突破传统机械脱水极限并有效节能，可一次性将酸洗污泥脱水至水分低于20%，获得干燥的污泥[2-3]，解决酸洗污泥的脱水减量、运输和委托处理困难等问题。
2.1 实验概况
2.1.1 实验样品
实验所用酸洗污泥为张家港奔球不锈钢管厂产生的酸洗污泥，其来料含水率为80%，化学元素组分综合分析结果，见表1。
表1 不锈钢管酸洗污泥元素及组分综合分析 %
2.1.2 实验原理与设备
本实验采用的热压脱水过滤装置由周明远教授等自主设计制造，其原理是将机械脱水与热力脱水集成于一体，脱水效果好，能耗低。热压过滤干燥分二部分实现：机械过滤成饼阶段和干燥脱水阶段。前者与传统的机械过滤相同，研究表明，纯机械过滤存在过滤极限，因此，该阶段过滤时间需要根据不同物料的实际情况控制，一般选定物料成饼时间作为本阶段的控制时间[4]。在第一阶段结束后开始加热干燥板，靠近干燥板的滤饼内的毛细管水先受热气化，产生与干燥板平行的饱和蒸汽面，称为饱和蒸汽脱水峰面[5-6]，脱水峰面逐渐向干燥板反方向移动，最终穿透滤饼，在脱水峰面移动传质传热的同时，亦产生蒸汽压力过滤推动力，推动滤饼内一部分毛细水以液态的形式被热蒸汽顶出滤饼，越过了传统热力干燥必须将水变为气态脱离过滤体系的环节，实现了非相变干燥脱水，从而降低能耗，此亦为热压过滤干燥工艺的一大亮点[7-8]。
蒸汽压力过滤推动力可用克拉珀龙-克劳修斯公式表示：
Ps=4.1868InT+C
式中：Ps为在温度T 时的饱和蒸汽压，单位MPa ；V″为蒸汽水的比体积，V"为液体水的比体积，单位都是m3/kg；R是汽化潜热，单位kJ/kg；T为绝对温度，单位K；C为常数。在压力Ps不变的情况下对系统进行加热，若要保持公式平衡，则必须有更多的液体汽化，这就是热压过滤干燥脱水的理论基础[9]。
1-机架；2-干燥板；3-热压隔膜滤板；4-热介质导入管路；5-热介质导出管路；6-压缩空气管路；7-滤液与真空管路
图1
图1是实验所用干燥压滤机总体设计简图[10]。它是由机架、干燥板、热压隔膜滤板、热介质导入和导出管路、压缩空气管路和滤液与真空管路等部件组成。干燥板和热压隔膜滤板间隔置于机架上，形成若干热压过滤单元，输料总管通过软管与各支路管连接。干燥压滤机的核心部分是热压过滤单元机构，其兼有过滤和干燥两种功能。本设备过滤同压滤机工作方式一样，即各板压紧后中心入料，滤液水流出滤室内形成饱和滤饼，之后的热压干燥包括热介质通入各干燥板，通入压缩空气进行隔膜挤压滤饼，同时滤室抽真空，维持一定时间后拉开各板卸出干燥滤饼，这就是完整的一个周期。可用饱和蒸汽或导热油作为热介质循环系统的流体热介质，均为闭路循环系统。
2.1.3 实验数据结果
本实验用酸洗污泥入料30min后成饼状况良好，机械压滤阶段出水速率较快，压力维持在40Kpa，第二阶段，用蒸汽做热介质为干燥板加热，使干燥板温度保持在80℃左右，隔膜腔室抽真空且维持真空度为0.06Mpa，热压干燥阶段，开始加热时滤饼出水重新出现一次高峰，后又趋于平缓，最后呈现液滴状。每组次实验控制三个腔室入料，分别为有隔膜、加热腔室；无隔膜、加热腔室；有隔膜、不加热腔室产生的三种滤饼。实验数据记录如表2。
表2 以机械过滤30min为前提各组别数据
2.2 实验结论
不同组别的实验在第一阶段均入料30min，基本达到机械脱水极限，调整第二阶段加热干燥时间，分别为30min，60min，90min，120min，分别测有隔膜、加热，无隔膜、加热，有隔膜、不加热的出料含水率。结果表明，加热相同时间，抽真空即有隔膜的干燥效果较好，脱水率与加热时间成正相关，抽真空可缩短干燥时间。热压过滤干燥脱水在外界热能作用下，一部分毛细水气化产生推动力驱使另一部分毛细水以液态形式挤出，集成了传统机械过滤和热力干燥于一体，具有简化工艺和节能降耗的特点，干燥板适宜温度在80℃左右，将热压过滤干燥技术应用与酸洗污泥的脱水干燥处理是可行的。
3 结论与展望
随着我国环保要求的提高，不锈钢酸洗污泥的处理压力越来越大，迫切需要经济实用的处理技术变革，焙烧技术、膜技术、蒸酸技术都是有效的酸再生技术；传统的中和技术产生的大量含重金属酸洗污泥需要合理的处理和利用，应引起足够的重视。
热压过滤干燥技术处理酸洗污泥是可行的，且满足处理目标要求的较经济工艺参数为：压力0.4Mpa，真空度0.06Mpa，入料30min，加热30min，出料含水率33.12%。
热压过滤干燥技术相比于传统的过滤、干燥技术有明显的简化工艺和节能降耗优势，将其应用于酸洗污泥的脱水干燥领域，可得到含水率低、体积大大减量的固体废物。
由于酸洗污泥是一种含有重金属的危险废弃物，产生单位传统的选择是直接外运委托处置，若有效的将其脱水干燥减量，不仅节约了运输成本，将干燥后的污泥售于水泥厂或烧砖厂作为水泥和制砖的烧制原料也可以作为一种经济创收的选择，且重金属经过高温煅烧后稳定化符合环保要求。
参考文献
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