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合成化工高鹽廢水的零排放工藝設計及研究
發布者:海洲新能源  發布時間:2019/8/20 14:35:20

隨著我國工業化進程的推進,許多生產領域像化工、紡織、農藥、化肥等工業生產過程中會產生高鹽廢水。這些廢水中除了含有有機污染物外,還含有大量的無機鹽,如NaCl、Na2SO4、Na2CO3等。過高的鹽含量對一般微生物有較強的抑制作用,單純的生物處理技術往往難以達到所要求的排放標準[1]。若這些高鹽廢水未經處理直接排放,不僅會造成環境污染,更重要的是會引起土壤的鹽堿化。但如果對廢水中的無機鹽加以回收,既可以作為生產過程的原料、節約成本、避免資源的浪費,又可以避免環境污染,實現資源的循環使用,達到“零排放”的目的。

“零排放”是指無限地減少污染物和能源排放直至為零的活動:即利用清潔生產、3R( Reduce,Reuse,Recycle) 及生態產業等技術,實現對自然資源的完全循環利用,從而不給大氣、水體和土壤遺留任何廢物[2]!傲闩欧拧痹谖覈20 世紀70 年代已經開始摸索,直到近十年來,隨著我國經濟高速增長,水污染和水資源缺乏已成為經濟發展的瓶頸,“零排放”才逐漸受到政府、社會的重視。本工程即針對某合成化工廠的含高濃度硝酸銨廢水,采取了物化過濾、蒸發濃縮和膜提純等工藝對其進行有效的處理和綜合回收利用,實現了該股廢水的真正零排放。

1 工程概況

1. 1 原水水質

該合成化工廠在生產所需催化劑的過程中,產生一定量含有銅離子、硝酸銨的廢水。其水質如下:Cu2 + 54. 3 mg /L,NH +4 -N 5. 75 × 103 mg /L,NO -3 -N7. 52 × 103 mg /L,TDS 3. 02 × 104 mg /L,TOC 114mg /L

1. 2 工藝設計

從上面數據可以看出,該廢水中含有一定量的重金屬銅離子和濃度較高的硝酸銨鹽,采用常規的生化方法難以實現達標排放。因此,經過分析和實驗論證,最終設計出一套簡單先進的工藝來實現廢水資源的零排放。

由于該廢水中主要成分都是無機鹽,TOC 值很低,基本不含有揮發性物質,同時廢水中主要無機鹽成分為硝酸銨,可以作為生產化肥的原料。因此,工藝設計中主要利用蒸發技術實現硝酸銨的濃縮回用。同時由于廠區附近沒有可以利用的蒸汽源,因此本設計工藝選用機械蒸汽再壓縮( MVR) 技術。與傳統的多效蒸發工藝對比,MVR 是一種高效節能的蒸發濃縮技術[3],其基本原理是將蒸發器分離出來的二次蒸汽經壓縮機壓縮后,溫度、壓力升高,熱焓增大,然后進入蒸發器加熱室當作加熱蒸汽使用,使濃縮液維持沸騰狀態,而加熱蒸汽本身則成冷凝水,從體系排出[4]。此過程不但回收了潛熱,提高了熱效率,而且節省了冷卻水,達到了節能節水的目的。

由于回用的硝酸銨用于化肥生產,因此為了保障MVR 系統穩定運行和最終回收濃縮液的質量,需要首先去除廢水中的銅離子。在廢水中加入過量Na2S生成CuS 絮體,然后加入助凝劑進行絮凝沉淀后過濾,濾清液再進入MVR 系統進行進一步濃縮。

根據化肥廠的要求,蒸發濃縮后硝酸銨的濃度為30%左右。而MVR 冷凝水經過反滲透( RO) 系統[5]處理后達到生產用水標準,廠方可進行回收利用,RO系統的濃縮水重新進入廢水處理系統。整套工藝實現了廢水的零排放,具體的工藝流程如圖1 所示。

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2 結果與分析

2. 1 預處理工藝

在廢水預處理的過程中加入了過量的硫化鈉去除銅離子,處理效果如下:原水、調節池、中間水箱1銅離子濃度分別為54. 3 mg /L、51. 7 mg /L 和0. 21mg /L,中間水箱2 未檢出銅離子。

從以上數據可以看出,原水進入調節池靜置一段時間后,少部分銅離子由于化學反應沉降到底部,上層澄清液銅離子濃度有所下降;經絮凝反應后中間水箱1 銅離子濃度已經非常低,而經過濾后中間水箱2未檢出銅離子,達到較好的去除效果。

2. 2 MVR 工藝

MVR 工藝設計為連續過程,但調試階段為盡快達到最大濃縮倍數,需要封閉式運行,即設計進水流量為0. 7t /h,關閉濃縮液出水,冷凝水出水量約0. 5 ~0. 6t /h。通過這種方式來盡量達到蒸發器設計要求的濃縮倍數。

為了監測MVR 系統的正常運行,在系統內安裝了4 個溫度探針,分別指示:蒸發器內濃水的溫度( T1) 、水蒸氣的溫度( T2) 、水蒸氣經過壓縮機增溫增壓后的溫度( T3) 和濃水與壓縮蒸汽換熱后的溫度( T4) 。在硝酸銨廢水蒸發濃縮過程中,每2 小時監測一次各溫度的變化與水質的變化( 共20 次) 。同時,設置了一個試驗,在常壓下對硝酸銨廢水進行蒸發濃縮,驗證廢水蒸發后的沸點( T0) 變化,結果如圖2所示。

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從圖2 可以看出,隨著硝酸銨濃度的增大,蒸發濃縮液的溫度也隨之升高,這是因為硝酸銨溶液的沸點隨著濃度的增大而升高,導致溫升增大,因此蒸發濃縮的倍數越大,蒸發時間越長,耗能越多。從T2 與T3 比較可以知道,蒸汽壓縮機增溫效果為4 ~ 5℃。從T3 與T4 的差值比較可以了解換熱器的換熱效率,若T3 遠高于T4,說明換熱器的換熱效率下降,從而判斷換熱器發生堵塞現象,要進行清洗。T0 為正壓沸點試驗數值,通過T0 與T1 的比較,可以知道它們之間的差值在10 度左右,通過負壓法可以降低硝酸銨廢水的沸點,降低能耗,保證設備的穩定運行。

2. 3 RO 系統

MVR 冷凝水經過RO 系統后,處理效果如下:進水、出水和濃水的TDS 分別為735 mg /L、49 mg /L 和1. 52 × 103 mg /L。

通過進水和淡水中TDS 值可計算得出RO 系統除鹽率達到93. 3%,淡水含鹽較低,滿足廠方生產用水要求,可以回用至物料生產過程。由于RO 系統內采取了回流循環過濾方式,濃水含鹽較高,需要重新進入廢水處理系統進一步處理。

2. 4 工程總的運行效果

該工程于2012 年4 月投入使用,至今已經正常運行6 個月,最高廢水處理量達到1t /h,總的運行效果如表1 所示:

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從表1 可以看出,該工程的物化過濾去除銅離子的效果較好,MVR 工藝滿足硝酸銨濃縮要求,硝酸銨濃液外運作為生產化肥的原料,MVR 冷凝水經過RO 系統處理后,TDS 和NH+4 -N 的值較低,水質達到廠方要求,可作為生產用水,整個工程實現了廢水零排放的目的。

綜合能耗:MVR 系統32kW,其他用電設備17. 5kW,綜合耗電49. 5 kW,以當地電費計算,噸水綜合處理成本約為40 元。

3 結論

1) 本工程采取了“絮凝沉淀+ 過濾+ MVR + RO”的工藝對某合成化工廠的高鹽廢水進行處理。設備運行穩定,工藝操作管理方便。

2) 系統最后產生的濃縮液可以作為生產化肥的原料,產出的淡水則可作為工廠的生產用水,實現了廢水的零排放,節約了水資源,具有良好的經濟效益和環境效益。

3) 除銅工藝產生的CuS 亦可以進行回收利用,作為相關企業的生產原料。

4) 在蒸發濃縮的過程中,部分硝酸銨分解產物隨不凝氣體排出,為了防止物料損失,可以增加真空度,降低壓強,降低液體的沸點,從而減少硝酸銨的分解。


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