环境工程中化工废渣磷石膏污染治理.doc

环境工程中化工废渣磷石膏污染治理化工废渣是指化学工业生产过程中排出的各种工业废渣。由于化工生产过程中所用的原料种类、反应条件和二次回用方式等的不同，使得产生废渣的化学成分和矿物组成等均有较大差异。国家经贸委发布的资源综合利用目录介绍的化工废渣包括：硫铁矿渣、硫铁矿、煅烧渣、硫酸渣、硫石膏、磷石膏、磷矿煅烧渣、含氰废渣、电石渣、磷肥渣、硫磺渣、碱渣、含钡废渣、铬渣、盐泥、总溶剂渣、黄磷渣、柠檬酸渣、制糖废渣、脱硫石膏、氟石膏、废石膏模等。就其中的磷肥渣而言，2001年12月，我国加入了世界贸易组织（WTO）后给我国磷复肥工业带来了极大的挑战和机遇。国家各有关领导部门对磷复肥工业十分重视，在政策上给予了各种支持，使我国磷复肥行业一直保持着产销两旺的好势头， 显示了较强的应对入世能力。根据农业部的统计资料，2002 年全国施用化肥433915万吨（折纯），其中磷肥71212万吨P2O5，复合肥104612万t （N+ P2O5+ K2O）。复合肥中氮磷钾比例如果按1：1：1 计算，其中含有磷肥约348.7 万吨P2O5。因此，2002年我国总的磷肥施用量合计约1060.9万吨P2O5，而对我国今后磷肥需求量的预测如下。可看出，我国对磷肥的需求很大。而磷肥、磷酸生产企业排放的固体废弃物-磷石膏截止2004年累积量已超过22 000 kt，只有大约27.7%得到了再利用。从而可看出，化工废渣的无控制排放已经形成较大的污染源。2004年，我国较大的固体废物污染事件共47 次，绝大部分是由工业固体废物混乱管理引起；而且在2005年12月到2006年1月两个月内，环保总局通报的6起突发环境事件中，也有2起事件是由化工废渣的无控制迁移扩散引起。因此，化工废渣的回收利用越来越受到相关部门的重视。本文就化工废渣磷石膏的治理进行了探讨。1 磷石膏的环境问题磷石膏一般为浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体，含水率20%30%，容重0.733%0.800%g/cm3；粘性较大、流动性差，呈酸性，略有异味；主要成分为CaSO 4·2H 2O。并含有少量的SiO 2、S 2O 3、Fe 2O 3、CaO、MeO，微量的重金属离子及放射性元素及未分解的磷矿粉P2O5F-和游离酸等杂质。随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展，磷石膏废渣急剧增加（每生产1t磷酸约排放5t磷石膏）。2004年，世界磷石膏年排放量达2.8亿t，我国已超过2200万t，大多数处于无控排放状态。这么大的废弃物大量占用土地，一旦泄漏，一般其污染半径是堆存地半径的几十倍，甚至上百倍，并且在堆积过程中易与周围环境发生物理化学作用，形成新的物质形态，进入地下水系统，并随之迁移，流向水源地或天然排泄区，造成环境污染。对周边原生的生物多样性产生致命影响，生物多样性丧失后，受损生态系统的恢复会变得极其缓慢，同时由于渗滤液对下游和周围地区产生污染，也间接影响到周围地区的生物多样性。2 磷石膏的治理和资源化利用2.1 用于工业生产通过对磷石膏进行预处理改性，代替天然石膏应用于水泥工业、石膏建材制品的生产中。Singh 等采用柠檬酸溶液（3%4%）来纯化磷石膏，并用于制造水泥和石膏肥料，纯化过程使得石膏中磷酸盐和氟化物转化为水溶性的磷酸、柠檬酸钠、铝酸盐、氢氟酸、高铁酸盐等而去除，纯化后的磷酸盐与矿物石膏制成的水泥质量较好。2.1.1 生产低碱度水泥它是以磷石膏、石灰石和矾土为原料，在立窑中烧制的硫铝酸盐水泥熟料，其主要矿物为无水硫铝酸钙（约65%）和硅酸三钙（约25%），外掺磷石膏和石灰石磨制而成。工厂实践表明，该水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低、微膨胀等特性，成本低于硅酸盐水泥，用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有重量轻、强度高、韧性好、耐火、耐水、可锯、可钉、不翅曲、不变形等优点，现已经广泛用于制造“GRC”轻质多孔板。2.1.2 用作水泥缓凝剂磷石膏中的杂质会推延水泥的初凝时间，使其强度下降，故在用作缓凝剂之前，应参照如下方法对其进行适当改性：水洗处理：将磷石膏以水膏比为（3-5）：1的比例混合，搅拌静置，去除上层悬浮物；将磷石膏煅烧，再用石灰中和，最后水化；将干燥后的磷石膏加石灰中和，再入窑煅烧，再水化；将磷石膏自然晾晒半年左右；将磷石膏与窑灰、石灰或电石渣搅拌中和，使其含水量降至9%左右，再加压成型；用柠檬酸处理磷石膏，把磷、氟杂质转化为可水洗的柠檬酸盐、铝酸盐以及铁酸盐。日本在水泥厂设计之初就考虑应用磷石膏缓凝剂技术，现在75%的磷石膏已被用来生产水泥缓凝剂。1999年我国铜陵化工集团投产了一套100Kt/a的水泥缓凝剂装置，用户反映良好。杭州水泥厂、马鞍山水泥厂、上海水泥厂的实践表明：用改性磷石膏代替天然石膏作缓凝剂，水泥强度高、后期强度大，且能降低生产成本。2.2 用于化工原料生产主要用于硫酸、硫酸铵、硫酸钾、硫脲和碳酸钙以及其他相关产品的生产，从而弥补我国硫资源的不足。2.2.1 用磷石膏联产硫酸该工艺的原理是将磷石膏高温分解，所得SO 3用于生产硫酸，工艺过程主要由磷石膏干燥、脱水、煅烧、水泥烧成、SO 2净化、SO 2 转化吸收等工序组成，其优点是：磷石膏中的钙和硫得以充分利用；磷石膏被消化而不产生二次废渣；控制好制酸尾气吸收，可实现尾气达标排放；副产的硫酸用于磷酸生产，减少了硫酸外购和运输量，降低了产品成本。缺点是生产设备效率低、投资大、能耗高。2.3 作土壤改良剂及肥料磷石膏呈酸性，pH值为14，可作盐碱地、红壤旱地的土壤改良剂。可用于生产硫酸钾、硫酸铵并联产硫酸钾铵和氮磷钾复合肥料。多年来，国内农科院所不断进行了磷石膏改良土壤的试验研究，结果表明：磷石膏是一种良好的硫肥，施用后对油料作物（如花生、油菜、大豆、芝麻、向日葵等）的增产约为15%30%，每亩盐碱地PH = 9施用3001600kg 磷石膏，改良效果可延续810 年；此外，将磷石膏和尿素在高湿度下混合、干燥，可制成吸湿性小而肥效比尿素高的长效氮肥尿素石膏CaSO 4·4CO（NH 2）2，这种肥料可减少氮的挥发，提高氮肥的利用率。3 结语对于化工废渣问题的解决，单靠末端治理并不能从根本上解决问题，最重要的一条是倡导化工企业进行清洁生产，只有这样，才能真正意义上实现化工废渣的减量。同时，加强化工废渣的危害性教育，从而在生产过程有意识的减少其排量。3