CN107540139A - 一种冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统和处理方法，其中该系统包括保安过滤器、原水箱、低温蒸馏装置、产水箱、产品水输送泵和降温析晶池，保安过滤器接引待处理的离子交换浓盐水，其出口连接所述原水箱，原水箱出口连接低温蒸馏装置，原水箱还与NaOH加药管线连接；低温蒸馏装置为负压环境，出口连接产水箱，产水箱再经由产品水输送泵输出处理后的可回用水并将之送至工业水管网；低温蒸馏装置出料泵出口连接降温析晶池。其处理效果稳定，蒸发速率高，浓缩比重大，抗盐析、抗结垢、防结焦，能以结晶形式去除废水中的有机物、SS、盐份等污染物，实现浓盐水零排放；且成本低，自动化程度高，操作简便。

Description

一种冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统和方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种对冷轧废水离子交换浓盐水进行回用的系统和工艺技术。

背景技术

根据国家“钢铁产业发展政策”对新水指标提出的具体要求，在2020年前钢铁联合企业吨钢耗新水指标为6m3/t。其中，要求新建年产1000万吨钢及以上的大型企业吨钢耗新水指标≤4.0m3/t；已建年产1000万吨钢及以上的钢铁联合企业吨钢耗新水指标≤5.0m3/t。因此，废水深度处理及回收利用将是未来废水处理的发展趋势。

冷轧废水种类繁多，主要包括乳化液废水、浓油强碱废水、平整液废水、稀油弱碱废水、酸性废水、含铬废水等；最终排放废水是指上述所有废水经过除油、pH调整、氧化、还原、混凝沉淀、生化等传统工序处理后的废水。此部分废水水质相较于其他冷轧废水水质较好，较易进行深度处理及回收利用。废水深度处理工程可采用离子交换法工艺。

各类浓盐水由于原水水质及处理工艺不同，造成各类浓盐水成份各不相同。离子交换法深度回用后产生的浓盐水主要超标水质情况如下，其中pH：0.1-1；电导率：120000-250000us/cm；SS：80-120mg/L；CODcr:100-150mg/L；全硬度：290-600mg/L；钙硬度：180-350mg/L；碱度：300-450mg/L；Cl^-：1200-4000mg/L；硫酸根：50-110mg/L；全铁：2-3mg/L；可溶性SiO₂：20-100mg/L；蒸发残渣：30000-50000mg/L。该类水质的特点主要为盐分高，成分复杂，极难降解，氯离子等腐蚀性离子含量高；且回用过程中不能产生二次污染，因此对冷轧离子交换浓盐水进行再回用的难度比较大。

现有技术中，各企业采用的浓盐水处理工艺各不相同，如公开号为CN104556520A、发明名称为一种浓盐水处理装置及工艺的专利文献中披露了如下的技术方案：浓盐水一次通过管线连通的反渗透装置、闪蒸罐、真空泵、固液分离装置、反渗透高压泵、浓缩水池、清水池、冷凝装置和加热装置后。浓盐水经过反渗透装置进一步浓缩后，再进入闪蒸罐，最后将存有浓度极高废水的浓缩水池进行蒸发。虽然该文献中涉及的工艺中出水也能达到工业水水质标准，但是由于浓盐水成分复杂导致处理浓盐水的反渗透装置极易发生结垢堵塞，因此频繁清洗将导致使用寿命缩短，并且反渗透装置运行维护较为复杂，操作难度也大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单可靠，操作便捷，运行成本适中的冷轧离子交换浓盐水的处理系统，该工艺系统蒸发分离后得到的冷凝水满足工业回用水要求，实现浓盐水零排放。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，包括保安过滤器、原水箱、低温蒸馏装置、产水箱、产品水输送泵和降温析晶池，所述保安过滤器接引待处理的离子交换浓盐水，其出口连接所述原水箱，所述原水箱出口连接所述低温蒸馏装置，所述原水箱还与NaOH加药管线连接；所述低温蒸馏装置为负压环境，其出口连接所述产水箱，所述产水箱再经由所述产品水输送泵输出处理后的可回用水并将之送至工业水管网；所述低温蒸馏装置出料泵出口连接所述降温析晶池。

作为本技术方案的进一步改进，所述低温蒸馏装置的底部真空连接一循环水式多用真空泵，经所述循环水式多用真空泵的作用，所述低温蒸馏装置形成一真空度为-0.09～-0.10MPa的负压环境。所述循环水式多用真空泵是利用射流产生负压原理设计的一种多用真空泵。

作为本发明的优选实施例之一，所述真空度为-0.098MP。

也作为本技术方案的进一步改进，所述低温蒸馏装置包括进料泵、循环泵、出料泵、预加热器、立式蒸发器、蒸汽压缩机和结晶分离器；来自所述原水箱的浓盐水经由所述进料泵至所述预加热器后，再经所述循环泵连同来自所述结晶分离器中的内循环母液一并送至所述立式蒸发器再加热，然后送入所述结晶分离器闪蒸，所述结晶分离器闪蒸产生的蒸汽经所述蒸汽压缩机压缩后通过预加热器冷凝排出，所述结晶分离器闪蒸产生的浓缩液自所述结晶分离器底部出口并经出料泵至所述降温析晶池。

作为本技术方案的更进一步改进，所述结晶分离器与对应的立式蒸发器连接的循环进料口位于结晶分离器的底部，将循环进料口控制在液面以下400-500mm，这样可以减少结晶分离器的内循环母液的短路温度损失，提高有效传热温差，通过大流量的循环推动力使浓盐水快速闪蒸；

也作为本技术方案的更进一步改进，所述降温析晶池包括设有加热管的浓缩池和设有冷却管的结晶池。

作为本发明的又一优选实施例，所述保安过滤器的PP棉滤芯小于5um。

还作为本技术方案的进一步改进，所述原水箱出口流出的浓盐水的PH值为7.5-9.0。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述处理系统的冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理方法，其中，在低温蒸馏装置中，输入的浓盐水先经由进料泵送至预加热器加热至30-40℃，然后送入循环系统。循环泵将结晶分离器中的内循环母液及进料泵送来的原料液一并送至立式蒸发器，利用烟气余热加温至50-65℃或65-80℃，然后送入结晶分离器进行闪蒸。闪蒸后的蒸汽通过蒸汽压缩机压缩后通过预加热器冷凝后以冷凝水形式排出。结晶分离器的底部浓缩液通过出料泵送至降温析晶池。

其中，所述预加热器加热的热源来自于所述结晶分离器闪蒸产生的蒸汽。利用结晶分离器的顶部排除的闪蒸气，送入预加热器中加热原料液至30-40℃，闪蒸汽以冷凝水的形式排出，系统热量得到循环利用。

另外，所述结晶分离器可设置两档操作压力：其一操作压力为8-10KPa，对应操作温度为50-65℃；其二操作压力为25-30KPa，操作温度为65-80℃。两种运行模式自由切换，操作灵活，经济节能；

作为本处理方法的进一步改进，所述结晶分离器内所产生浓缩液的固体含量为20～30wt％。

同样的，所述立式蒸发器加温的热源来源于钢厂现场的富余的低温烟气余热(200-250℃)，在立式蒸发器中快速加热浓盐水，并可利用富余能源降低运行费用。

进一步，所述的降温析晶池分为两格，其中一格为浓缩池，底部设置低温烟气加热盘管，通过加热蒸发至90-100℃，将浓缩液进一步浓缩；另一格为结晶池，设置有皮带机，底部设置冷冻水盘管，间接冷却，冷冻水温度为0-8℃，浓缩液先通过降温析出晶体，再由皮带机从浓缩液中携带出盐泥及晶体输送至塑料筒收集。低温蒸馏装置出料泵泵出的浓缩液先进入结晶池，浓缩液降温结晶后上清液溢流进入浓缩池，在浓缩池加热蒸发进一步浓缩后通过水泵泵入结晶池，反复循环。降温析晶池运行3-6个月清理一次。

所述的浓盐水经过保安过滤器后进入原水箱，在原水箱内由加药系统根据pH计自动将浓盐水pH调整至7.5-9.0；可有效防止浓盐水对设备的腐蚀，提高设备的使用寿命。

其中，所述低温蒸馏装置内部过流材质可采用钛合金，使设备耐腐蚀、抗结垢、防结焦。

采用上述技术方案的冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统和方法，其处理效果稳定、生产运行成本低、操作运行简便，出水效果好，出水水质能达到工业水水质指标；各类污染物最终以晶体形式析出，实现浓盐水零排放。其中的冷凝水形成的产品水，其满足工业水水质标准的各项数据如下：pH 7.0-8.0，电导率<500us/cm，SS<10mg/L，全硬度<150mg/L，钙硬度<100mg/L，碱度<110mg/L，Cl^-<60mg/L，硫酸根<50mg/L，全铁<1mg/L，可溶性SiO₂<6mg/L，蒸发残渣<300mg/L。

本发明提供的利用低温蒸馏对冷轧离子交换浓盐水进行回用的工艺系统，通过管道依次连接保安过滤器、原水箱、加药系统、低温蒸馏装置、产水箱、产品水输送泵；其中低温蒸馏装置还与循环水式多用真空泵连接，进而产生了一种负压工作环境，进而有利于处理性能提升。并且由于低温蒸馏装置中立式蒸发器与结晶分离器分开，蒸发过程不发生在换热管内，因此可避免加热面形成结垢或结晶。

附图说明

图1是本发明提供的冷轧废水离子交换浓盐水回用的工艺流程图；

图2低温蒸发装置示意图；

图中：1——保安过滤器 2——原水箱 3——低温蒸馏装置 4——产水箱 5——产水泵 6——降温析晶池 7——进料泵 8——预加热器 9——循环泵 10——立式蒸发器 11——结晶分离器 12——蒸汽压缩机 13——出料泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明。

实施例1

实施例1采用冷轧废水站最终排放废水采用离子交换法深度回用时产生的浓盐水作为原水，原水水质如下表1所示，处理量为1m³/h，实施例1处理流程如图1所示处理流程。

表1：工艺系统原水水质情况

引入处理的浓盐水经过保安过滤器1后进入原水箱2，在原水箱2内调整好pH后，进入低温蒸馏装置3，低温蒸馏装置3出水进入产水箱4，经由产水泵5送至工业水管网。低温蒸发出来的浓缩液进入降温析晶体池6；保安过滤器1采用的PP棉滤芯5um。原水箱2内由加药系统根据pH计自动将浓盐水pH调整至8.0。

其中的低温蒸馏装置3由进料泵7、循环泵9、出料泵13、预加热器8、立式蒸发器10、蒸汽压缩机12、结晶分离器11等组成。浓盐水先经由进料泵7送至预加热器8加热至30℃，然后送入循环系统。循环泵9将结晶分离器11中的内循环母液及进料泵7送来的原料液一并送至立式蒸发器10，利用烟气余热加温至65℃，然后送入结晶分离器11进行闪蒸。闪蒸后的蒸汽通过蒸汽压缩机12压缩后通过预加热器冷凝后以冷凝水形式排出(具体为：压缩后的蒸汽进入预加热器后进行热源交换，预加热器中蒸汽因热量转移而冷凝，产生冷凝水)。结晶分离器11的底部浓缩液通过出料泵13送至降温析晶池6。

低温蒸馏装置的内部过流材质采用钛合金，使设备耐腐蚀、抗结垢、防结焦；低温蒸馏装置3利用结晶分离器11的顶部排出的闪蒸气，送入预加热器8中加热原料液至30℃，闪蒸汽以冷凝水的形式排出，系统热量得到循环利用；低温蒸馏装置3的结晶分离器11操作压力为10KPa，对应操作温度为65℃。

低温蒸馏装置3的结晶分离器11内浓缩液的固含量为25wt％；低温蒸馏装置3的结晶分离器11与对应的立式蒸发器10连接的循环进料口位于结晶分离器11的底部，将循环进料口控制在液面以下500mm，这样可以减少结晶分离器的内循环母液的短路温度损失，提高有效传热温差，通过大流量的循环推动力使浓盐水快速闪蒸。

低温蒸馏装置3利用现场的富余的低温烟气余热220℃，在立式蒸发器10中快速加热浓盐水，并可利用富余能源降低运行费用。该低温蒸馏装置为立式蒸发器与结晶分离器分开，蒸发过程不发生在换热管内，可避免加热面形成结垢或结晶。

降温析晶池6分为两格，其中一格为浓缩池，底部设置低温烟气加热盘管，通过加热蒸发至95℃，将浓缩液进一步浓缩；另一格为结晶池，设置有皮带机，底部设置冷冻水盘管，间接冷却，冷冻水温度为8℃，浓缩液先通过降温析出晶体，再由皮带机从浓缩液中携带出盐泥及晶体输送至塑料筒收集。低温蒸馏装置3出料泵13泵出的浓缩液先进入结晶池，浓缩液降温结晶后上清液溢流进入浓缩池，经浓缩池加热蒸发进一步浓缩后通过水泵泵入结晶池，反复循环。

经本工艺处理后的冷凝水水质如下表2所示：

表2：工艺系统出水水质情况

实施例2

实施例2采用冷轧废水站最终排放废水采用离子交换法深度回用时产生的浓盐水作为原水，原水水质如下表3所示，处理量为1.2m³/h，实施例2处理流程如图1所示处理流程。

表3：工艺系统原水水质情况

浓盐水经过保安过滤器1后进入原水箱2，在原水箱2内调整好pH后，进入低温蒸馏装置3，低温蒸馏装置3出水进入产水箱4，经由产水泵5送至工业水管网。低温蒸发出来的浓缩液进入降温析晶体池6；保安过滤器1采用的PP棉滤芯5um。原水箱2内由加药系统根据pH计自动将浓盐水pH调整至8.0。

所述的低温蒸馏装置3由进料泵7、循环泵9、出料泵13、预加热器8、立式蒸发器10、蒸汽压缩机12、结晶分离器11等组成。浓盐水先经由进料泵7送至预加热器8加热至30℃，然后送入循环系统。循环泵9将结晶分离器11中的内循环母液及进料泵7送来的原料液一并送至立式蒸发器10，利用烟气余热加温至60℃，然后送入结晶分离器11进行闪蒸。闪蒸后的蒸汽通过蒸汽压缩机12压缩后通过预加热器冷凝后以冷凝水形式排出。结晶离子器11的底部浓缩液通过出料泵13送至降温析晶池6.。

低温蒸馏装置的内部过流材质采用钛合金，使设备耐腐蚀、抗结垢、防结焦；低温蒸馏装置3利用结晶分离器的顶部排出的闪蒸气，送入预加热器8中加热原料液至30℃，闪蒸汽以冷凝水的形式排出，系统热量得到循环利用；低温蒸馏装置3的结晶分离器11操作压力为10KPa，对应操作温度为60℃。

低温蒸馏装置3的结晶分离器11内浓缩液的固含量为24wt％；低温蒸馏装置3的结晶分离器11与对应的立式蒸发器10连接的循环进料口位于结晶分离器11的底部，将循环进料口控制在液面以下500mm，这样可以减少结晶分离器的内循环母液的短路温度损失，提高有效传热温差，通过大流量的循环推动力使浓盐水快速闪蒸。

低温蒸馏装置3利用现场的富余的低温烟气余热220℃，在立式蒸发器10中快速加热浓盐水，并可利用富余能源降低运行费用。该低温蒸馏装置为立式蒸发器与结晶分离器分开，蒸发过程不发生在换热管内，可避免加热面形成结垢或结晶。

降温析晶池6分为两格，其中一格为浓缩池，底部设置低温烟气加热盘管，通过加热蒸发至93℃，将浓缩液进一步浓缩；另一格为结晶池，设置有皮带机，底部设置冷冻水盘管，间接冷却，冷冻水温度为8℃，浓缩液先通过降温析出晶体，再由皮带机从浓缩液中携带出盐泥及晶体输送至塑料筒收集。低温蒸馏装置3出料泵13泵出的浓缩液先进入结晶池，浓缩液降温结晶后上清液溢流进入浓缩池，经浓缩池加热蒸发进一步浓缩后通过水泵泵入结晶池，反复循环。

经本工艺处理后的冷凝水水质如下表4所示：

表4：工艺系统出水水质情况

本发明中，低温蒸馏装置中的蒸汽经过预加热器变成冷凝水回收。浓盐水经过预加热器实现一次升温，再经过立式蒸发器实现二次升温(利用烟气余热)，本系统的特点是实现对烟气余热的充分利用(可将水温升至80℃，远高于一般MVR)，并且可以在两种操作模式间调节切换，操控灵活。

采用本发明的冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统和处理方法处理效果稳定，蒸发速率高，浓缩比重大，抗盐析、抗结垢、防结焦，能以结晶形式去除废水中的有机物、SS、盐份等污染物，实现浓盐水零排放；且生产运行成本低，自动化操作程度高，操作运行简便。可广泛应用冷轧及硅钢废水离子交换产生的浓盐水的回用处理工艺。

Claims (16)

1.一种冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，包括保安过滤器、原水箱、低温蒸馏装置、产水箱、产品水输送泵和降温析晶池，所述保安过滤器接引待处理的离子交换浓盐水，其出口连接所述原水箱，所述原水箱出口连接所述低温蒸馏装置，所述原水箱还与NaOH加药管线连接；所述低温蒸馏装置为负压环境，其出口连接所述产水箱，所述产水箱再经由所述产品水输送泵输出处理后的可回用水；所述低温蒸馏装置出料泵出口连接所述降温析晶池。

2.根据权利要求1所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述低温蒸馏装置的底部真空连接一循环水式多用真空泵，经所述循环水式多用真空泵的作用，所述低温蒸馏装置形成一真空度为-0.09～-0.10MPa的负压环境。

3.根据权利要求2所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述真空度为-0.098MP。

4.根据权利要求1、2或3所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述低温蒸馏装置包括进料泵、循环泵、出料泵、预加热器、立式蒸发器、蒸汽压缩机和结晶分离器；来自所述原水箱的浓盐水经由所述进料泵至所述预加热器后，再经所述循环泵连同来自所述结晶分离器中的内循环母液一并送至所述立式蒸发器再加热，然后送入所述结晶分离器闪蒸，所述结晶分离器闪蒸产生的蒸汽经所述蒸汽压缩机压缩后通过预加热器冷凝排出，所述结晶分离器闪蒸产生的浓缩液自所述结晶分离器底部出口并经出料泵至所述降温析晶池。

5.根据权利要求4所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述结晶分离器与所述立式蒸发器连接的进料口位于所述结晶分离器液面以下400-500mm处。

6.根据权利要求4所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述降温析晶池包括设有加热管的浓缩池和设有冷却管的结晶池。

7.根据权利要求1所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述保安过滤器的PP棉滤芯小于5um。

8.根据权利要求1所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统，其特征在于，所述原水箱出口流出的浓盐水的PH值为7.5-9.0。

9.一种采用权利要求4所述冷轧废水离子交换浓盐水的回用处理系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、来自所述原水箱的浓盐水在所述预加热器内加热至30-40℃；

(2)、进入所述立式蒸发器的浓盐水和母液经所述立式蒸发器加温至50-80℃。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述预加热器加热的热源来自于所述结晶分离器闪蒸产生的蒸汽。

11.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述立式蒸发器加温至50-65℃时，所述结晶分离器对应的操作压力为8-10KPa；所述立式蒸发器加温至65-80℃时，所述结晶分离器对应的操作压力为25-30KPa。

12.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述结晶分离器内所产生浓缩液的固体含量为20～30wt％。

13.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述立式蒸发器加温的热源来源于钢厂的现场废热烟气，所述废热烟气的热度为200-250℃。

14.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，经所述低温蒸馏装置的出料泵泵出的浓缩液先进入所述降温析晶池的结晶池，浓缩液在该结晶池降温结晶后上清液溢流进入所述降温析晶池的浓缩池，在该浓缩池加热蒸发进一步浓缩后通过水泵再泵入所述结晶池，反复循环至满足结晶要求。

15.根据权利要求14所述的处理方法，其特征在于，所述浓缩池加热蒸发的条件为至90-100℃，所述结晶池的冷却水温度为0-8℃。

16.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，还包括在原水箱内调整好浓盐水pH的步骤，所述pH调整至7.5-9.0。