CN107364877A - 一种工业废水零排放的盐硝分离工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业废水零排放的盐硝分离工艺，在高温状态下将硫酸钠蒸发浓缩至近饱和状态，低温冷冻的条件下将芒硝结晶析出，然后在高温条件下将氯化钠蒸发结晶析出，芒硝经过热熔结晶脱水将硫酸钠析出，从而实现了含盐硝工业废水中硫酸钠、氯化钠的分离和回收，使废水中不含杂盐，降低了杂质含量，无引发水系污染的排放物，达到了零污染液排放的资源回收的技术效果，分离工艺能耗低，处理后的废水可资源化，适宜于工业化处理，同时还得到了工业级的硫酸钠和氯化钠产品，降低了固废或危废的产生几率。还公开了一种用于该工艺的设备，其热效率高、功耗低、自动化程度高，运行成本低，满足了可持续发展的要求。

Description

一种工业废水零排放的盐硝分离工艺及设备
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种工业废水的处理工艺及设备，具体地说涉及一种工业废水零排放的盐硝分离工艺及设备。
背景技术
近年来，环境和能源问题已经成为影响国家和企业长期稳定发展最突出的问题。随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。工业废水的危害主要是：重金属等难以降解的有毒有害物质随着污水进入土壤不断富集，造成农田重金属超标，危害食品安全；污水处理厂的污泥受工业污水影响有害物质超标，不能被用作肥料回归土地，影响氮、磷等物质的循环；大量工业用水造成了水资源的消耗和浪费。如何将工业废水达标或减少排放，并尽最大可能地实现水资源循环利用，成为困扰着工业企业一大难题，在我国大力提倡水资源节约利用和环境保护的大环境下，工业废水零排放应运而生，所谓零排放是指企业生产过程中产生的废水、废液和废渣进行资源循环再利用，要求无任何外排。
在盐化工、氯碱化工、煤化工、湿法冶炼、制药等行业的工业废水零排放过程中，会遇到废水中同时含有氯化钠、硫酸钠组分，这种废水如果直接进入蒸发结晶系统产生混盐，不但不能被资源化利用，反而会产生大量的固体废弃物，且需按照危废物定性处置，处理成本高、经济型差，这种高成本将会严重影响企业的项目进程，同时，采用上述传统的处理方法，这类废水中由于结晶盐为杂盐，杂质含量高、产品无法进行再利用，难以资源化，依然有废液排放且能耗较高。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种成本低廉、低能耗、适于工业化处理、杂盐产物可分离、无废液排放的盐硝分离工艺及设备。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种工业废水零排放的盐硝分离工艺，其包括如下步骤：
S1、预热含氯化钠、硫酸钠的盐硝废水，使废水达到泡点；
S2、蒸发浓缩，将预热后的废水蒸发处理后进行气液分离处理，得到未饱和浓缩液；
S3、浓缩液循环，将步骤S2得到的所述未饱和浓缩液再次蒸发浓缩，至废水中硫酸钠浓缩为近饱和状态，得到近饱和浓缩液；
S4、冷冻结晶，将所述近饱和浓缩液降温冷冻，得到芒硝晶体和析硝母液；
S5、将所述析硝母液预热后升温升压，然后进行闪蒸和气液分离，得到未饱和母液；
S6、母液循环，将气液分离得到的未饱和母液蒸发浓缩，至母液中的氯化钠浓缩为过饱和状态，得到过饱和母液；
S7、氯化钠结晶，将所述过饱和母液进行闪蒸和气液分离反应，得到氯化钠晶体和析盐母液。
作为优选，所述步骤S7后还包括S8、将所述析盐母液回用至所述步骤S3，蒸发浓缩；所述步骤S4后还包括步骤S41、将所述步骤S4得到的芒硝晶体热熔，芒硝溶于自身结晶水中，并析出硫酸钠，固液分离后得到硫酸钠晶体和饱和硫酸钠溶液，对所述饱和硫酸钠溶液进行蒸发浓缩结晶，得到硫酸钠晶体。
作为优选，所述步骤S1中，所述盐硝废水经两级预热器预热至95℃；所述步骤S2具体为：将预热后的废水转入降膜换热器进行蒸发处理，蒸发温度为90℃，压力为70.1KPa，蒸发后的气液混合物在降膜分离器内气液分离，得到未饱和浓缩液。
作为优选，所述步骤S3中所述蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为 70.1KPa，液相温度由90℃升至95℃；所述步骤S4具体为：将近饱和浓缩液送至冷冻换热器中，与冷冻乙二醇热交换，析出芒硝晶体后转入冷冻结晶器，芒硝晶体沉淀，固液分离后得到芒硝晶体和析硝母液。
作为优选，所述步骤S5具体为：将所述析硝母液预热至100℃后转入强制循环换热器，温度升高0.8℃、压力升高29KPa，然后进行闪蒸和气液分离，闪蒸温度为90℃，压力70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为 70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃；所述步骤S6中的蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃。
作为优选，所述步骤S7中所述的闪蒸和气液分离在结晶分离器中进行，闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为 70.1KPa，液相为过饱和母液，温度为100℃。
作为优选，所述步骤S1中，所述盐硝废水经两级预热器预热，第一级预热器采用处理系统中蒸馏水的余热、第二级预热器采用鲜蒸汽预热。
作为优选，所述步骤S4中冷冻乙二醇的温度为-15℃，浓缩液与所述冷冻乙二醇热交换后温度降至-5℃，硫酸钠溶解度降至0.7％；所述步骤S8中，析盐母液回用至步骤S3之前，于析盐母液罐中将硫酸钠质量分数浓缩至4.45％。。
本发明还提供一种用于所述工业废水零排放的盐硝分离工艺的设备，所述设备包括顺次连接的一级预热器、二级预热器、降膜换热器、降膜分离器、冷冻换热器、冷冻结晶器、第一离心机、母液罐、强制换热器、结晶分离器，所述第一离心机还连接有芒硝热熔器。
作为优选，所述结晶分离器还连接有第二离心机，所述芒硝热熔器还连接有第三离心机，所述降膜换热器、降膜分离器还连接于压缩机，所述压缩机将降膜分离器产生的二次蒸汽传输至降膜换热器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，该工艺原理为在高温状态下将硫酸钠蒸发浓缩至接近饱和状态，在低温冷冻的条件下将芒硝 (十水合硫酸钠)结晶析出，然后在高温条件下将氯化钠蒸发结晶析出，芒硝再经过热熔结晶脱水将硫酸钠析出，从而实现了含盐硝工业废水中硫酸钠、氯化钠的分离和回收，使废水中不含杂盐，降低了杂质含量，无引发水系污染的排放物，达到了零污染液排放的资源回收的技术效果，分离工艺能耗低，处理后的废水可资源化，适宜于工业化处理，同时还得到了工业级的硫酸钠和氯化钠产品，降低了固废或危废的产生几率，对于改善环境有着重要作用。
(2)本发明所述的用于工业废水零排放的盐硝分离工艺的设备，其采用节能的机械蒸汽再压缩技术，节能环保，蒸发1吨废水所需的功耗是传统蒸发器的1/6-1/5，热效率高、功耗低，同时采用机械蒸汽再压缩技术，使用较少量的鲜蒸汽加热，减少了对锅炉设备的依赖，同时减少了污染物，对环境污染小，且该设备自动化程度高，运行成本低，满足了可持续发展的要求，可广泛应用于工业化批量生产过程中。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例1所述的用于盐硝废水零排放处理工艺的流程和设备示意图。
图中附图标记表示为：1-一级预热器；2-二级预热器；3-降膜换热器； 4-降膜分离器；5-压缩机；6-冷冻换热器；7-冷冻结晶器；8-第一离心机； 9-母液罐；10-强制循环换热器；11-结晶分离器；12-第二离心机；13-芒硝热熔器；14-第三离心机。
本发明可以以多种不同的形式实施，不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开是彻底和完整的，并将本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大各装置的尺寸和相对尺寸。本发明说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种工业废水零排放的盐硝分离工艺，如图1所示，其包括如下步骤：
S1、预热含氯化钠、硫酸钠的盐硝废水，将常温下的盐硝废水顺次经过一级预热器1、二级预热器2两次预热后达到废水的泡点，本实施例所述的盐硝废水中，硫酸钠的质量分数为4.5％，氯化钠质量分数为9.13％，所述废水的流量为21t/h，经过一级预热器1、二级预热器2两次预热后废水温度达到95℃，达到物料的泡点，且一级预热器1的热源来自回收的系统中蒸馏水的余热，二级预热器2的热源是鲜蒸汽，所述鲜蒸汽的压力为1985mbar，温度为120℃。
S2、蒸发浓缩，将预热后的废水转入降膜换热器3，经布液器布液后，废水均匀地进入降膜换热器3的换热管内受热蒸发，蒸发温度为90℃，压力为70.1KPa，得到气液混合物，所述气液混合物进入降膜分离器4内，进行气液分离，降膜分离器4顶部还连接有压缩机5，气液分离的同时启动压缩机5开始蒸发浓缩，得到未饱和浓缩液，压缩机产生的二次蒸汽通入降膜换热器3中。
S3、将步骤S2得到的所述未饱和浓缩液经降膜循环泵打入降膜换热器 3内再次蒸发浓缩，至废水中硫酸钠浓缩为近饱和状态，得到近饱和浓缩液，蒸发浓缩过程中，气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由90℃升至95℃。
S4、冷冻结晶，将所述近饱和浓缩液输送至冷冻换热器6中，与其中的 -15℃的冷冻乙二醇溶剂进行热交换，浓缩液的温度降至-5℃，硫酸钠晶体的溶解度降至0.7％，废液中大部分芒硝晶体析出，在冷冻结晶器7内，芒硝晶体经沉淀与溶液分离，采用第一离心机8固液分离，得到芒硝晶体和析硝母液。
S41、将步骤S4得到的芒硝晶体经芒硝热熔器13热熔后，芒硝中的硫酸钠溶解于芒硝的结晶水中，并有部分硫酸钠析出，固液分离后得到硫酸钠晶体和饱和硫酸钠溶液，对饱和硫酸钠溶液进行蒸发浓缩结晶，得到硫酸钠晶体。
S5、将所述析硝母液存储在母液罐9中，预热至100℃后转入强制循环换热器10中升温升压，其中温度升高0.8℃、压力升高29KPa，然后在结晶分离器11中进行闪蒸和气液分离，结晶分离器11顶部也可连接压缩机，闪蒸的同时启动压缩机进行蒸发浓缩，蒸发过程中气体由结晶分离器11顶部进入压缩机，液相落回结晶分离器11底部，得到未饱和母液，闪蒸过程中闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃。
S6、母液循环，将所述未饱和母液经强制循环泵打入强制循环换热器 10中再次蒸发浓缩，蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃，得到过饱和母液。
S7、氯化钠结晶，将所述过饱和母液通入结晶分离器11进行闪蒸和气液分离反应，闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中，气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相为过饱和母液，温度为100℃，过饱和母液经过闪蒸后失去部分水分，氯化钠晶体析出，在结晶分离器11中晶体经沉淀积于分离器底部，用第二离心机12进行固液分离，得到氯化钠晶体和析盐母液。
S8、将所述析盐母液循环蒸发至废水中硫酸钠质量分数浓缩至4.45％后回用至所述步骤S3，再次蒸发浓缩，硫酸钠质量分数浓缩至4.45％的过程具体为：检测未饱和硫酸钠母液中硫酸钠的质量分数，若小于4.45％，将未饱和硫酸钠母液通入强制循环散热器10继续蒸发，直至硫酸钠的质量分数接近 4.45％。
本实施例还提供一种用于所述工业废水零排放的盐硝分离工艺的设备，如图1所示，其包括顺次连接的一级预热器1、二级预热器2、降膜换热器 3、降膜分离器4、冷冻换热器6、冷冻结晶器7、第一离心机8、母液罐9、强制换热器10、结晶分离器11，所述第一离心机8还连接有芒硝热熔器13，所述结晶分离器11还连接有第二离心机12，所述芒硝热熔器13还连接有第三离心机14，所述降膜换热器3、降膜分离器4还连接于压缩机5系统，所述压缩机5系统将降膜分离器4产生的二次蒸汽传输至降膜换热器3。
所述盐硝热熔器13具有换热设备，所述换热设备为管壳式换热器，管壳式换热器具有换热腔体，所述换热腔体连通有用于向换热腔体通入鲜蒸汽的鲜蒸汽进口。所述结晶分离器11也与所述压缩机5系统，所述强制循环换热器10通过结晶分离器11与压缩机5系统连通，同时降膜换热器3、强制循环换热器10还与所述一级预热器1连接。
本实施例所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺中，硫酸钠、氯化钠的含量、回收量以及运行能耗如表1所示。
表1
上表的结果表明，采用本工艺进行盐硝分离，硫酸钠、氯化钠的回收率高，可以达到废水的零排放要求，且处理过程能耗低。
实施例2
本实施例提供了一种工业废水零排放的盐硝分离工艺，如图所示，其包括如下步骤：
S1、预热含氯化钠、硫酸钠的盐硝废水，将常温下的盐硝废水顺次经过一级预热器1、二级预热器2两次预热后达到废水的泡点，本实施例所述的盐硝废水中，硫酸钠的质量分数为5.36％，氯化钠质量分数为8.17％，所述废水的流量为18t/h，经过一级预热器1、二级预热器2两次预热后废水温度达到95℃，达到物料的泡点，且一级预热器1的热源来自回收的系统中蒸馏水的余热，二级预热器2的热源是鲜蒸汽，所述鲜蒸汽的压力为1985mbar，温度为120℃。
S2、蒸发浓缩，将预热后的废水转入降膜换热器3，经布液器布液后，废水均匀地进入降膜换热器3的换热管内受热蒸发，蒸发温度为90℃，压力为70.1KPa，得到气液混合物，所述气液混合物进入降膜分离器4内，进行气液分离，降膜分离器4顶部还连接有压缩机5，气液分离的同时启动压缩机5开始蒸发浓缩，得到未饱和浓缩液，压缩机产生的二次蒸汽通入降膜换热器3中。
S3、将步骤S2得到的所述未饱和浓缩液经降膜循环泵打入降膜换热器 3内再次蒸发浓缩，至废水中硫酸钠浓缩为近饱和状态，得到近饱和浓缩液，蒸发浓缩过程中，气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由90℃升至95℃。
S4、冷冻结晶，将所述近饱和浓缩液输送至冷冻换热器6中，与其中的 -15℃的冷冻乙二醇溶剂进行热交换，浓缩液的温度降至-5℃，硫酸钠晶体的溶解度降至0.7％，废液中大部分芒硝晶体析出，在冷冻结晶器7内，芒硝晶体经沉淀与溶液分离，采用第一离心机8固液分离，得到芒硝晶体和析硝母液。
S41、将步骤S4得到的芒硝晶体经芒硝热熔器13热熔后，芒硝中的硫酸钠溶解于芒硝的结晶水中，并有部分硫酸钠析出，固液分离后得到硫酸钠晶体和饱和硫酸钠溶液，对饱和硫酸钠溶液进行蒸发浓缩结晶，得到硫酸钠晶体。
S5、将所述析硝母液存储在母液罐9中，预热至100℃后转入强制循环换热器10中升温升压，其中温度升高0.8℃、压力升高29KPa，然后在结晶分离器11中进行闪蒸和气液分离，结晶分离器11顶部也可连接压缩机，闪蒸的同时启动压缩机进行蒸发浓缩，蒸发过程中气体由结晶分离器11顶部进入压缩机，液相落回结晶分离器11底部，得到未饱和母液，闪蒸过程中闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃。
S6、母液循环，将所述未饱和母液经强制循环泵打入强制循环换热器 10中再次蒸发浓缩，蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃，得到过饱和母液。
S7、氯化钠结晶，将所述过饱和母液通入结晶分离器11进行闪蒸和气液分离反应，闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中，气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相为过饱和母液，温度为100℃，过饱和母液经过闪蒸后失去部分水分，氯化钠晶体析出，在结晶分离器11中晶体经沉淀积于分离器底部，用第二离心机12进行固液分离，得到氯化钠晶体和析盐母液。
S8、将所述析盐母液循环蒸发至废水中硫酸钠质量分数浓缩至4.45％后回用至所述步骤S3，再次蒸发浓缩，硫酸钠质量分数浓缩至4.45％的过程具体为：检测未饱和硫酸钠母液中硫酸钠的质量分数，若小于4.45％，将未饱和硫酸钠母液通入强制循环散热器10继续蒸发，直至硫酸钠的质量分数接近 4.45％。
本实施例所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺中，硫酸钠、氯化钠的含量、回收量以及运行能耗如表2所示。
表2
序号 项目 数值 单位
1 处理水量 18.0 t/h
2 蒸发水量 15.564 t/h
3 进水氯化钠含量 8.17 ％
4 进水硫酸钠含量 5.36 ％
5 氯化钠产量 1.471 t/h
6 硫酸钠产量 0.965 t/h
7 电耗 1335 KW.h
8 蒸汽耗量 2.73 t/h
9 循环冷却水耗量 50 m3/h
上述结果表明，采用本实施例所述的工艺硫酸钠、氯化钠回收率高，可以达到废水的零排放要求，且处理过程能耗低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、预热含氯化钠、硫酸钠的盐硝废水，使废水达到泡点；
S2、蒸发浓缩，将预热后的废水蒸发处理后进行气液分离处理，得到未饱和浓缩液；
S3、浓缩液循环，将步骤S2得到的所述未饱和浓缩液再次蒸发浓缩，至废水中硫酸钠浓缩为近饱和状态，得到近饱和浓缩液；
S4、冷冻结晶，将所述近饱和浓缩液降温冷冻，得到芒硝晶体和析硝母液；
S5、将所述析硝母液预热后升温升压，然后进行闪蒸和气液分离，得到未饱和母液；
S6、母液循环，将气液分离得到的未饱和母液蒸发浓缩，至母液中的氯化钠浓缩为过饱和状态，得到过饱和母液；
S7、氯化钠结晶，将所述过饱和母液进行闪蒸和气液分离反应，得到氯化钠晶体和析盐母液。
2.根据权利要求1所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S7后还包括S8、将所述析盐母液回用至所述步骤S3，蒸发浓缩；所述步骤S4后还包括步骤S41、将所述步骤S4得到的芒硝晶体热熔，芒硝溶于自身结晶水中，并析出硫酸钠，固液分离后得到硫酸钠晶体和饱和硫酸钠溶液，对所述饱和硫酸钠溶液进行蒸发浓缩结晶，得到硫酸钠晶体。
3.根据权利要求2所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述盐硝废水经两级预热器预热至95℃；所述步骤S2具体为：将预热后的废水转入降膜换热器进行蒸发处理，蒸发温度为90℃，压力为70.1KPa，蒸发后的气液混合物在降膜分离器内气液分离，得到未饱和浓缩液。
4.根据权利要求3所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S3中所述蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由90℃升至95℃；所述步骤S4具体为：将近饱和浓缩液送至冷冻换热器中，与冷冻乙二醇热交换，析出芒硝晶体后转入冷冻结晶器，芒硝晶体沉淀，固液分离后得到芒硝晶体和析硝母液。
5.根据权利要求4所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S5具体为：将所述析硝母液预热至100℃后转入强制循环换热器，温度升高0.8℃、压力升高29KPa，然后进行闪蒸和气液分离，闪蒸温度为90℃，压力70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃；所述步骤S6中的蒸发浓缩过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相温度由95℃升至100℃。
6.根据权利要求5所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S7中所述的闪蒸和气液分离在结晶分离器中进行，闪蒸温度为90℃，压力为70.1KPa，气液分离过程中气相温度为90℃，压力为70.1KPa，液相为过饱和母液，温度为100℃。
7.根据权利要求6所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述盐硝废水经两级预热器预热，第一级预热器采用处理系统中蒸馏水的余热、第二级预热器采用鲜蒸汽预热。
8.根据权利要求7所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺，其特征在于，所述步骤S4中冷冻乙二醇的温度为-15℃，浓缩液与所述冷冻乙二醇热交换后温度降至-5℃，硫酸钠溶解度降至0.7％；所述步骤S8中，析盐母液回用至步骤S3之前，于析盐母液罐中将硫酸钠质量分数浓缩至4.45％。。
9.一种用于权利要求1-8任一项所述的工业废水零排放的盐硝分离工艺的设备，其特征在于，所述设备包括顺次连接的一级预热器、二级预热器、降膜换热器、降膜分离器、冷冻换热器、冷冻结晶器、第一离心机、母液罐、强制换热器、结晶分离器，所述第一离心机还连接有芒硝热熔器。
10.根据权利要求9所述的用于所述工业废水零排放的盐硝分离工艺的设备，其特征在于，所述结晶分离器还连接有第二离心机，所述芒硝热熔器还连接有第三离心机，所述降膜换热器、降膜分离器还连接于压缩机，所述压缩机将降膜分离器产生的二次蒸汽传输至降膜换热器。
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