合成化工高鹽廢水的零排放工藝設計及研究

水處理網(wǎng)訊:摘要：針對某合成化工廠產(chǎn)生的含高濃度硝酸銨廢水，設計了一套零排放處理工藝。該工藝首先對廢水進行絮凝沉淀和過濾，去除重金屬Cu2 + 后，采用機械蒸汽再壓縮（ MVR） 技術(shù)對其進行蒸發(fā)濃縮，至硝酸銨濃度≥30%。濃縮液可作為化肥企業(yè)的生產(chǎn)原料。MVR 冷凝水經(jīng)膜過濾系統(tǒng)處理后，TDS≤50mg /L，回用至生產(chǎn)過程。

關(guān)鍵詞：合成化工高鹽廢水；機械蒸汽再壓縮技術(shù)（ MVR） ；反滲透（ RO） ；零排放

隨著我國工業(yè)化進程的推進，許多生產(chǎn)領域像化工、紡織、農(nóng)藥、化肥等工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)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(shù)往往難以達到所要求的排放標準［1］。若這些高鹽廢水未經(jīng)處理直接排放，不僅會造成環(huán)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(chǎn)過程的原料、節(jié)約成本、避免資源的浪費，又可以避免環(huán)境污染，實現(xiàn)資源的循環(huán)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(chǎn)、3R（ Reduce，Reuse，Recycle） 及生態(tài)產(chǎn)業(yè)等技術(shù)，實現(xiàn)對自然資源的完全循環(huán)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?0 世紀70 年代已經(jīng)開始摸索，直到近十年來，隨著我國經(jīng)濟高速增長，水污染和水資源缺乏已成為經(jīng)濟發(fā)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(fā)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(xiàn)了該股廢水的真正零排放。

1 工程概況

1． 1 原水水質(zhì)

該合成化工廠在生產(chǎn)所需催化劑的過程中，產(chǎn)生一定量含有銅離子、硝酸銨的廢水。其水質(zhì)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(shù)據(jù)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(guī)的生化方法難以實現(xiàn)達標排放。因此，經(jīng)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(xiàn)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(fā)性物質(zhì)，同時廢水中主要無機鹽成分為硝酸銨，可以作為生產(chǎn)化肥的原料。因此，工藝設計中主要利用蒸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)硝酸銨的濃縮回用。同時由于廠區(qū)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(shù)。與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)工藝對比，MVR 是一種高效節(jié)能的蒸發(fā)濃縮技術(shù)［3］，其基本原理是將蒸發(fā)器分離出來的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度、壓力升高，熱焓增大，然后進入蒸發(fā)器加熱室當作加熱蒸汽使用，使?jié)饪s液維持沸騰狀態(tài)，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(jié)省了冷卻水，達到了節(jié)能節(jié)水的目的。

由于回用的硝酸銨用于化肥生產(chǎn)，因此為了保障MVR 系統(tǒng)穩(wěn)定運行和最終回收濃縮液的質(zhì)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(tǒng)進行進一步濃縮。

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

2 結(jié)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(diào)節(jié)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(shù)據(jù)可以看出，原水進入調(diào)節(jié)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(jīng)絮凝反應后中間水箱1 銅離子濃度已經(jīng)非常低，而經(jīng)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(xù)過程，但調(diào)試階段為盡快達到最大濃縮倍數(shù)，需要封閉式運行，即設計進水流量為0． 7t /h，關(guān)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(fā)器設計要求的濃縮倍數(shù)。

為了監(jiān)測MVR 系統(tǒng)的正常運行，在系統(tǒng)內(nèi)安裝了4 個溫度探針，分別指示：蒸發(fā)器內(nèi)濃水的溫度（ T1） 、水蒸氣的溫度（ T2） 、水蒸氣經(jīng)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(fā)濃縮過程中，每2 小時監(jiān)測一次各溫度的變化與水質(zhì)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(fā)濃縮，驗證廢水蒸發(fā)后的沸點（ T0） 變化，結(jié)果如圖2所示。

從圖2 可以看出，隨著硝酸銨濃度的增大，蒸發(fā)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(fā)濃縮的倍數(shù)越大，蒸發(fā)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(fā)生堵塞現(xiàn)象，要進行清洗。T0 為正壓沸點試驗數(shù)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(wěn)定運行。

2． 3 RO 系統(tǒng)

MVR 冷凝水經(jīng)過RO 系統(tǒng)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(tǒng)除鹽率達到93． 3%，淡水含鹽較低，滿足廠方生產(chǎn)用水要求，可以回用至物料生產(chǎn)過程。由于RO 系統(tǒng)內(nèi)采取了回流循環(huán)過濾方式，濃水含鹽較高，需要重新進入廢水處理系統(tǒng)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(jīng)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：

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(chǎn)化肥的原料，MVR 冷凝水經(jīng)過RO 系統(tǒng)處理后，TDS 和NH+4 －N 的值較低，水質(zhì)達到廠方要求，可作為生產(chǎn)用水，整個工程實現(xiàn)了廢水零排放的目的。

綜合能耗：MVR 系統(tǒng)32kW，其他用電設備17． 5kW，綜合耗電49． 5 kW，以當?shù)仉娰M計算，噸水綜合處理成本約為40 元。

3 結(jié)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(wěn)定，工藝操作管理方便。

2） 系統(tǒng)最后產(chǎn)生的濃縮液可以作為生產(chǎn)化肥的原料，產(chǎn)出的淡水則可作為工廠的生產(chǎn)用水，實現(xiàn)了廢水的零排放，節(jié)約了水資源，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

3） 除銅工藝產(chǎn)生的CuS 亦可以進行回收利用，作為相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)原料。

4） 在蒸發(fā)濃縮的過程中，部分硝酸銨分解產(chǎn)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。

本文轉(zhuǎn)自：乾來環(huán)保

原標題:合成化工高鹽廢水的零排放工藝設計及研究