扩散渗析法纯化焦炉烟气脱硫副产稀硫酸的研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0324

摘要/Abstract

摘要：

焦炉烟气脱硫副产稀硫酸溶液中因含有大量的铁离子等而影响其回收利用，通常的处置方法为委托处置或加碱中和后达标排放，不仅处置成本高，浪费大量酸碱，还会造成环境污染。常温下采用阴离子交换膜扩散渗析法对焦炉烟气脱硫副产稀硫酸进行回收研究，考察了酸质量分数、酸流量、酸水流量比对酸回收率和Fe²⁺截留率的影响。动态扩散渗析实验结果表明，在酸质量分数、酸流量、酸水流量比分别为2%、0.54 L/h、1时，硫酸回收率达78%，Fe²⁺截留率为92%。此外，对扩散渗析过程中产生的残液采用Fenton试剂组合中和法进行处理，最终产水水质可达到钢厂循环水补水要求。该工艺运行成本为37.27元/t，实现了废酸、富铁渣和废水的零排放和再利用。

关键词: 扩散渗析, 副产硫酸, 酸回收率, Fe²⁺截留率

Abstract:

Dilute sulfuric acid solution，a by-product of coke oven flue gas desulfurization，contains a large amount of iron ions，which affects its recovery and utilization. The traditional treatment method is to entrust disposal or neutralize with alkali to reach the discharge standard，which not only has high disposal cost，wastes a lot of acid and alkali，but also causes environmental pollution. In this paper，the recovery of the by-product of coke oven flue gas desulfurization dilute sulfuric acid was studied by anion exchange membrane diffusion dialysis at room temperature. The effects of acid mass fraction，acid flow rate，acid flow and water flow ratio on the recovery rate of H₂SO₄ and Fe²⁺ rejection rate were investigated. The results of dynamic diffusion dialysis showed that when the acid mass fraction，acid flow rate，acid flow and water flow rate ratio were 2%，0.54 L/h and 1，the recovery rate of H₂SO₄ and Fe²⁺ rejection rate were 78% and 92%，respectively. Moreover，the residual liquid produced in the process of diffusion dialysis was treated by Fenton reagent combined neutralization method，and the final produced water quality could meet the requirements of circulating water make-up in steel plant. The operation cost of the process was 37.27 yuan/t，furthermore，the zero discharge and reuse of waste acid，iron rich slag and wastewater were realized.

Key words: diffusion dialysis, by-product sulfuric acid, recovery rate of H₂SO₄, Fe²⁺rejection rate

中图分类号:

X784

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I3/144

图/表 12

表1 废酸中主要离子含量

Table 1 Contents of the main ions in waste acid

离子种类	Fe²⁺	Al³⁺	Pb²⁺	As³⁺
质量浓度/（mg·L^-1）	484~560	30~65	0.9~3.0	0.20~1.0

图1 扩散渗析装置图

Fig. 1 Diagram of diffusion dialysis device

表2 DF-120阴离子交换膜的性能

Table 2 Properties of DF-120 anion exchange membranes

项目	参数
含水率/%	42.34
厚度/mm	0.34
冲击强度/MPa	>0.9
稳定性（pH）	<9
离子交换容量/（mol·kg^-1）	1.8
单位面积质量/（mg·cm^-2）	8~12

表3 常温条件下不同质量分数硫酸的H⁺扩散系数

Table 3 Diffusion coefficientof H⁺ in sulfuric acid with different mass fractions at room temperature

进料酸质量分数/%	1	2	3	4	5
U_H+/（10^-6 m·s^-1）	1.73	2.39	3.01	3.79	4.25

图2 酸流量对酸回收率和Fe²⁺截留率的影响

Fig. 2 Effects of acid flow rate on acid recovery rate and Fe²⁺ rejection rate

图3 酸质量分数对酸回收率和Fe²⁺截留率的影响

Fig. 3 Effects of sulfuric mass fraction on acid recovery rate and Fe²⁺ rejection rate

图4 酸水流量比对酸回收率和Fe²⁺截留率的影响

Fig. 4 Effects of acid flow and water flow ratio on acid recovery rate and Fe²⁺rejection rate

图5 使用前后扩散渗析膜表面的SEM

Fig. 5 SEM of diffusion dialysis membrane surface before and after use

图6 清洗次数对酸回收率和Fe²⁺截留率的影响

Fig. 6 Effects of cleaning times on acid recovery rate and Fe²⁺rejection rate

表4 残液水质指标

Table 4 Water quality index of residual liquid

项目	硫酸质量分数/%	Fe/（mg·L^-1）	Al/（mg·L^-1）	Pb/（mg·L^-1）	As/（mg·L^-1）	COD/（mg·L^-1）
数值	0.3~0.5	682~1 350	75~430	2.0~3.5	0.5~1.5	560~680

表5 最终出水水质

Table 5 Final effluent quality

项目	数值	回用水标准（GB/T 50102—2014）
pH	7.0	6~9
Fe/（mg·L^-1）	0.15~0.20	≤0.5
As/（mg·L^-1）	< 0.1	—
Pb/（mg·L^-1）	< 0.1	—
浊度/NTU	< 3.0	≤5.0
COD/（mg·L^-1）	< 60	≤60

表6 扩散渗析过程药剂成本分析

Table 6 Reagents cost analysis of diffusion dialysis process

药剂	单价/（元·t^-1）	投加量	处理成本/（元·m^-3）
合计			5.835
H₂O₂（27.5%）	1 200	350 mg/L	0.426
HCl（31%）	210	12.07 g/L	2.534
生石灰	330	8.56 g/L	2.834
PAM	13 500	4.0 mg/L	0.041

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