工业高盐废水高效分离回收技术

目前，研究和常用的高盐废水处理方法有蒸发法、电解法、膜分离法、生物处理法等。蒸发是处理高盐度废水的传统方法，对于少量的高盐度废水是经济有效的。但处理大量高盐度废水，需要大面积的蒸发池和专用设备，处理效果有限，运行成本高。电解法处理高盐废水存在电极钝化、能耗高等问题。膜分离法是目前高盐废水处理研究的热点，在高盐废水处理技术中具有重要的利用潜力和价值，但主要问题是设备昂贵、成本高、处理过程中易堵塞和污染。生物处理不仅能有效降低废水的盐浓度，还能降解C、N、S、P等成分。然而，高盐废水生物处理的主要问题在于系统耐受性低和容积负荷小。目前，高盐度废水处理技术都存在处理成本高、处理后水质不稳定的问题。开发高效、低成本的高盐废水处理新技术是未来的发展方向。

本文以揭阳某厂预处理的电镀行业高盐废水中的混合盐为处理对象。采用蒸发浓缩-冷却结晶技术对高盐废水进行蒸发浓缩，然后对浓缩液进行冷却，使高盐废水中的可溶性盐类物质结晶分离，结晶母液返回前一蒸发工段进行循环蒸发浓缩处理，实现了废水中可溶性盐类物质的有效分离、回收和资源化利用。该工艺可用于处理所有高盐度废水，基本实现了高盐度废水中可溶性盐的有效分离，解决了其他工艺分离高盐度废水中盐效率低的问题。

1.工艺流程的组成研究与确定

1.1高盐废水混合盐的组成

本实验分离回收的高盐废水混合盐来自揭阳某厂，其离子分析见表1。从表1可以看出，高盐废水的混盐成分主要由硫酸钠和氯化钠组成，并含有少量K2SO4、KCl等物质。

1.2实验工艺流程的建立

样品中的主要成分是Na2SO4和NaCl，还有少量K2SO4和KCl。根据各物质溶解度图1，温度在40℃以下时，如果温度升高，硫酸钠的溶解度会增大，40℃时溶解度变大，40℃以上溶解度减小。而NaCl的溶解度随温度变化很小，几乎可以忽略不计。因此，根据这一原理，本实验设计了分离回收的实验流程。

如图2所示，根据高盐废水混合盐中各种盐在不同温度下溶解度变化的差异，采用蒸发浓缩-冷却结晶的方法分离回收盐类，实现高盐废水的综合利用。实验过程主要分为以下五个阶段。

第一阶段:以高盐废水的混合盐为原料，测定其硫酸根含量和氯离子含量。加入不同剂量的蒸馏水溶解并定容。第二阶段:当温度低于40℃时，Na2SO4的溶解度随温度的升高而增大，当温度继续升高时，Na2SO4的溶解度减小，即Na2SO4在40℃时达到较高的溶解度。因此，将混合盐溶液在40℃下搅拌1小时，使其更大程度地溶解Na2SO4，并更大程度地达到饱和。搅拌后，迅速过滤不溶物，保持液体清澈。第三阶段:由于低温下Na2SO4的溶解度很小，又由于NaCl的溶解度随温度变化很小，几乎可以忽略不计，所以低温下会析出大量Na2SO4晶体。将过滤后的溶液转移到烧杯中，并保持在0℃,直到大量白色晶体沉淀。将晶体过滤、干燥、称重，得到硫酸钠晶体。第四阶段:由于第三阶段Na2SO4大量析出，NaCl的不饱和状态的溶液占溶液的绝大部分，所以从溶液中蒸发掉一部分水，得到的晶体就是NaCl。从第三级过滤的母液中蒸发掉约一半的水，过滤得到氯化钠晶体。第五阶段:重复实验的第三、第四阶段。

2.实验

2.1主要材料和仪器

高盐废水混合盐(揭阳某厂提供，已预处理)、氯化银、硫酸钾、氯化钡、氯化镁、盐酸、铬黑T等。都是市售的分析纯。

DF-101S集热恒温加热磁力搅拌器、HHS-6S电子恒温不锈钢水浴、SH B-III循环水多用真空泵、FA2104N电子天平、DHG-9030A鼓风干燥箱、KQ-B玻璃仪器气流干燥机。2.2实验部分

2.2.1混合盐的分离和回收工艺

准确称取100g高盐废水混合盐，溶于不同体积的蒸馏水中，在40℃下搅拌1小时，抽滤后弃去滤渣。将滤液冷却并在0℃下结晶，过滤得到Na2SO4 & # 822610H2O晶体和滤液，加入Na2SO4 & # 8226干燥10H2O晶体并称重以获得硫酸钠。滤液在电炉上缓慢搅拌加热，部分水分蒸发。将上述溶液置于水浴锅中，在40℃下加热，趁热快速过滤，得到白色NaCl晶体，干燥，称重，得到氯化钠盐。将抽滤后剩下的滤液回收到高盐废水的混合盐溶液中，继续重复上述操作进行分离回收。

本研究通过10组实验，探索和比较了高盐废水溶于不同体积蒸馏水中混合盐的分离回收，得到了获得高收率、高纯度产品的较佳实验方案，为工业生产提供了理论依据和技术支持。

2.2.2产品盐纯度的检测和分析

(1)硫酸根离子含量的检测与分析根据国家标准《工业无水硫酸钠》(GB/T6009-2014)，测定样品中硫酸根离子的含量。

(2)氯离子含量的检测分析:结合国家标准《制盐工业通用试验方法:氯离子的测定》(GB/T13025.5-91)和国家标准《工业盐》(GB/T5462-2003)测定样品中氯离子的含量。

3.结果和讨论

3.1高盐废水混盐浓度与成品盐产量的关系

通过实验建立了高盐废水混盐浓度与两种产品产盐量的关系，如表2所示。从表2可以看出，随着蒸馏水的增加，硫酸钠的产量先高后低。加入蒸馏水180mL是最佳值。此时高盐废水混盐浓度为0.56g/mL，硫酸钠产量较大。在两次沉淀过程中，随着蒸馏水的增加，氯化钠的产量一直在减少。但从180mL蒸馏水开始，蒸馏水的增加对氯化钠的产量没有明显影响。从两种盐的产量来看，当高盐废水中混合盐的浓度为0.56g/mL时，混合盐中两种盐的产量较好。

3.2高盐废水混盐浓度与成品盐纯度的关系

通过实验建立了高盐废水混盐浓度与产品纯度之间的关系。实验数据如表3所示。从表3可以看出，随着加入的混合盐溶液浓度的增加，硫酸钠和氯化钠的输出纯度先增加后降低。第二次结晶过程表明，蒸馏水对第二次结晶所得硫酸钠的纯度影响不大，但可以提高第二次结晶所得氯化钠的输出纯度。

3.3盐产品纯度与利用率的关系

产品纯度与产品利用率的关系如表4所示:在10组实验中，无论蒸馏水用量如何变化，所有盐产品的纯度都达到80%以上。大部分盐产品纯度在90%以上，基本符合技术要求。但当蒸馏水加入量为180mL时，两种产品盐的纯度较高，技术指标明显优于其他指标。因此，我们选择M6实验的较优方案进行放大中试，希望能获得更好的工业生产效果。

4.结论

本项目采用蒸发浓缩-冷却结晶的方法，研究开发了高盐废水混盐中硫酸钠和氯化钠的分离回收。硫酸钠和氯化钠的分离和回收是通过低温Na2SO4沉淀和高温NaCl沉淀工艺实现的。通过考察10组不同样品盐浓度对成品盐收率和纯度的影响，确定100g高盐废水混合盐加入180mL蒸馏水的方案为最佳实验方案，两种成品盐收率和纯度均较高，为下一步高盐废水混合盐分离回收的产业化提供了理论依据和技术支持。该项目的建成不仅可以消除工业高盐废水中混盐排放造成的环境污染，还可以为企业带来可观的经济效益。(资料来源:仲恺农业工程大学化学化工学院、广州市农药高效利用重点实验室)

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