CN108862432A - 一种高浓度有机废水的预处理方法 - Google Patents

一种高浓度有机废水的预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高浓度有机废水的预处理方法，采用蒸发及精馏结合的方式，废水预热后经过两级脱轻塔脱除轻组分，再通过脱重塔脱除重组分，实现废水中有机物、盐分与水的分离。与现有技术相比，本发明不仅显著降低了废水中的COD值，而且同时可回收多种有机物，回收的有机物浓度高；并且降低了生产成本，实现了资源再利用，减少了污染，能有效处理石油化工、焦化、制药、纺织印染等行业产生的废水，对于有机物浓度较高、成分复杂、难生化降解的废水尤其适用。

Description

一种高浓度有机废水的预处理方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其是涉及一种高浓度有机废水的预处理方法。
背景技术
在印染行业、线路板行业、电镀行业、炼油行业或其他有机化工行业中，往往会产生高浓度的有机废水(或废液)，这些有机废水的COD浓度很高，COD≥2000mg/L甚至高达40000mg/L。此外往往还含有部分碱性物质和溶解盐。如线路板行业的显影、脱模槽液，橡胶塑料行业反应釜清洗废水，有机溶剂行业的生产废液，炼油厂产生的碱渣废液等。
对于这类有机废液，如果采用生物处理法进行处理，由于含盐量高、有机物浓度太高等原因，微生物难以培养，生化效果差，往往掺杂在其它废水中，经稀释上百倍后进行处理，但仍然效果差。如果采用化学氧化法处理，如Fenton氧化，存在药剂添加量大、处理成本高、处理后水质无法保证等问题。如果采用直接高温焚化处理这种有机废水(或废液)，即通过高温彻底分解有机物，然而此方式必须将废水加热至800℃以上，有机物才能有效分解，将全部废水从室温升温，需要消耗大量热量，所耗热量大部分由燃气或燃油提供。因此有机废水中的水含量，对于高温焚化处理的能耗有非常大的影响。如果能够有效的将水和有机物分离，可以大幅的降低处理量和处理费用。
传统的多效蒸发浓缩系统可以有效的降低蒸发能耗，但也存在以下不足：使用气液分离器来分离蒸发后的有机物和水，相当于精馏塔的一块理论板，本身分离效率低，同时由于有机物浓度高，夹带现象严重致分离效率更低，从而导致蒸馏出来的废水的COD仍然较高，所得的蒸馏水还需要进一步生化或物化处理才能达标排放。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高浓度有机废水预处理方法，将蒸发和精馏技术有机结合，有效的实现废水中有机物和盐与水的分离。降低了后续处理成本，实现了节能降耗，减少了污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高浓度有机废水的预处理方法，采用蒸发及精馏结合的方式，废水预热后经过两级脱轻塔脱除轻组分，再通过脱重塔脱除重组分，实现废水中有机物、盐分与水的分离，有机废水的COD浓度在2000mg/L以上，经过一级脱轻塔后，大部分的有机物等轻组分从塔顶被分离出来；脱轻后的釜液从塔底进入二级脱轻塔，经过二级脱轻塔，实现对有机物等轻组分更高的脱除率；物料再由二级脱轻塔塔底进入脱重塔，并在脱重塔中脱除盐等重组分，塔顶得到一部分废水，塔底为饱和或过饱和的盐溶液。
该种预处理具体采用以下步骤：
(1)原料预热：废水原料经过预热器与来自脱重塔塔顶气相物料进行热交换，经预热后的原料进一级脱轻塔；
(2)初脱轻组分：生蒸汽从一级脱轻塔的加热器中进入，废水原料从一级脱轻塔下部分离器进入一级脱轻塔后，被逐步气化，通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和重组分分离，在一级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从一次脱轻塔下部分离器采出，进入二级脱轻塔加热器壳程，分离器底部重组分进二级脱轻塔分离器；
(3)再脱轻组分：二次蒸汽从二级脱轻塔的加热器中进入，重组分从一级脱轻塔分离器底部进入二级脱轻塔分离器后，被逐步气化，通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在二级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从二次脱轻塔下部分离器采出，进入脱重塔加热器壳程；分离器底部重组分进脱重塔分离器；
(4)脱除重组分：二次蒸汽从脱重塔的加热器中进入，重组分从二级脱轻塔分离器底部进入脱重塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和其它重组分的有效分离，塔内上升的气相物料从塔顶排出，经外部预热器和冷凝器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分采出；分离器底部重组分为含湿率较低的盐溶液；
(5)一级脱轻塔二次蒸汽、二级脱轻塔二次蒸汽和脱重塔塔顶出料经冷凝为液态后作为预处理后的合格废水，排出系统；
(6)一级脱轻塔产生的二次蒸汽作为二级脱轻塔加热器的热源，二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔加热器的热源，脱重塔塔顶的二次蒸汽逆流换热来预热进料废水。
所述脱轻塔、二级脱轻塔和脱重塔均为蒸发器和塔的组合设备，该设备下部为加热器和分离器，分离器上部为精馏塔。
所述精馏塔内装填高效规整填料。
所述一级脱轻塔的二次蒸汽作为二级脱轻塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，塔内上升的气相物料被冷凝为液相，作为废水排出。
所述二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，塔内上升的气相物料被冷凝为液相，作为废水排出。
所述脱重塔上部设有预热器，利用塔顶二次蒸汽对原料废水逆流预热，实现热量的集成利用，降低系统的热量消耗。
本发明通过一级脱轻塔实现废水与有机物、盐分的初步分离；再通过二级脱轻塔实现废水与有机物和盐分等的进一步脱除；最后，通过脱重塔完成对盐分的脱除，合格废水排出界区。
本发明的主体设备包括一级脱轻塔、二级脱轻塔、脱重塔、预热器、冷凝器和抽真空系统等，将高浓度有机废水逐步经过初脱轻组分、再脱轻组分和脱除重组分三个工序分离得到合格废水，合格废水由二级脱轻塔加热器壳程、脱重塔加热器壳程和脱重塔塔顶出来，有机物等轻组分则分别有一级脱轻塔和二级脱轻塔顶部采出，实现了资源再利用，降低了生产成本；含盐残液从脱重塔底部排出。
本发明主要利用逆流热交换、蒸发、精馏等原理及技术，实现有机物和盐等与水的分离和热量的高效利用。
本发明用精馏塔取代传统多效蒸发中的气液分离器，解决了传统蒸发中的高沸点有机物夹带多，分离效率低的问题。
与现有技术相比，本发明的技术核心是将蒸发和精馏技术相结合，实现了有机物和盐等与水的有效分离。研究符合节能、增效、环保理念的大规模工业化处理高浓度有机废水的工艺技术是未来的发展趋势。精馏工艺能够高效分离出废水中的各种有效组分，得到能循环使用的有机物产品，且精馏装置占地面积小，投资费用低，操作简单，符合节能、增效、环保的理念。
本发明能有效处理石油化工、焦化、制药、纺织印染等行业产生的废水，对于有机物浓度较高(COD≥2000mg/L)、成分复杂、难生化降解的废水尤其适用。与传统的多效蒸发浓缩相比，本处理方法不仅显著降低了废水中的COD值，而且同时可回收多种有机物，回收的有机物浓度高；并且降低了生产成本，实现了资源再利用，减少了污染。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中，1-一级脱轻塔、2-二级脱轻塔、3-脱重塔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种高浓度有机废水的预处理方法，其工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
(1)原料预热：原料经过预热器与来自脱重塔3塔顶气相物料进行热交换，经预热后的原料进一级脱轻塔；
(2)初脱轻组分：压力为0.2MPa～0.7MPa的生蒸汽从一级脱轻塔1的加热器中进入，原料从一级脱轻塔1下部分离器进入一级脱轻塔1后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在一级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从一次脱轻塔下部分离器采出，进入二级脱轻塔加热器壳程；分离器底部重组分进二级脱轻塔分离器，一级脱轻塔1压力范围为0～0.05MPa，塔顶温度为80℃～100℃，塔底加热器温度为100℃～110℃；
(3)再脱轻组分：压力为-0.07MPa～-0.05MPa的二次蒸汽从二级脱轻塔2的加热器中进入，物料从一级脱轻塔分离器底部进入二级脱轻塔2的分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在二级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从二次脱轻塔下部分离器采出，进入脱重塔加热器壳程；分离器底部重组分进脱重塔分离器，二级脱轻塔2压力为-0.07MPa～-0.05MPa，塔顶温度为65℃～80℃，塔底加热器温度为75℃～85℃；
(4)脱除重组分：压力为-0.09MPa～-0.07MPa的二次蒸汽从脱重塔3的加热器中进入，物料从二级脱轻塔分离器底部进入脱重塔3的分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，塔内上升的气相物料从塔顶排出，经外部预热器和冷凝器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分采出；分离器底部重组分为含湿率较低的盐溶液，脱重塔3压力为-0.09MPa～-0.07MPa，塔顶温度为50℃～60℃，塔底加热器温度为55℃～60℃；
(5)一级脱轻塔二次蒸汽、二级脱轻塔二次蒸汽和脱重塔塔顶出料经冷凝为液态后作为预处理后的合格废水，排出系统；
(6)一级脱轻塔产生的二次蒸汽作为二级脱轻塔加热器的热源，二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔加热器的热源，脱重塔塔顶的二次蒸汽逆流换热来预热进料废水；因此，本发明实现热量的集成利用，降低系统的热量消耗。
一级脱轻塔1、二级脱轻塔2和脱重塔3均为蒸发器和塔的组合设备，该设备下部为加热器和分离器，分离器上部为精馏塔，精馏塔内装填高效规整填料。
一级脱轻塔二次蒸汽作为二级脱轻塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，物料被冷凝为液相，作为废水排出界区；二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，物料被冷凝为液相，作为废水排出界区。脱重塔上部设有预热器，利用塔顶二次蒸汽对原料废水逆流预热，减少冷凝水直接冷凝二次蒸汽带走的热量损失，降低冷却水循环量，减少公用工程消耗。
实施例2
一种制药废水处理项目，设计处理水量13m3/d，废水来源于培南类抗生素反应合成工段。废水由乙酸乙酯、四氢呋喃、DMF、磷酸二氢钾和水组成。其中有机物总含量为38％、盐含量2％，其他为水。具体工艺过程为：
(1)原料预热：原料经过预热器与来自脱重塔塔顶气相物料进行热交换，经预热后的原料进一级脱轻塔；
(2)初脱轻组分：0.2MPa～0.6MPa的生蒸汽从一级脱轻塔的加热器中进入，原料从一级脱轻塔下部分离器进入一级脱轻塔后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在一级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(四氢呋喃、乙酸乙酯和水的混合物)采出；二次蒸汽从一次脱轻塔下部分离器采出，进入二级脱轻塔加热器壳程；分离器底部重组分进二级脱轻塔分离器，一级脱轻塔压力为0～0.06MPa，塔顶温度为80℃～110℃，塔底加热器温度为100℃～115℃；
(3)再脱轻组分：-0.08MPa～-0.04MPa的二次蒸汽从二级脱轻塔的加热器中进入，物料从一级脱轻塔分离器底部进入二级脱轻塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在二级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(四氢呋喃、乙酸乙酯和水的混合物)采出；二次蒸汽从二次脱轻塔下部分离器采出，进入脱重塔加热器壳程；分离器底部重组分进脱重塔分离器，二级脱轻塔压力为-0.07MPa～-0.05MPa，塔顶温度为55℃～85℃，塔底加热器温度为75℃～85℃；
(4)脱除重组分：-0.09MPa～-0.06MPa的二次蒸汽从脱重塔的加热器中进入，物料从二级脱轻塔分离器底部进入脱重塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，塔内上升的气相物料从塔顶排出，经外部预热器和冷凝器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(COD达标废水(有机物＜200ppm))采出；分离器底部重组分为含湿率较低的磷酸二氢钾盐溶液，脱重塔压力为-0.09MPa～-0.06MPa，塔顶温度为45℃～60℃，塔底加热器温度为55℃～65℃；
(5)一级脱轻塔二次蒸汽、二级脱轻塔二次蒸汽和脱重塔塔顶出料经冷凝为液态后作为预处理后的合格废水，排出系统。
实施例3
草甘膦生产废水属于有毒有害的工业废水，排放量大，污染面广，废水中常含有一些难以生物降解的甲醇、甲醛、亚氨基二乙酸盐、氯乙酸、三乙酸胺和甘氨酸等有机物，COD浓度高，可生化性差。农药草甘膦生产废水，设计处理水量10t/h。废水由甲醇、甲醛、草甘膦、亚磷酸二甲酯以及盐类组成。其中有机物总含量为8％、盐含量20％，其它为水。
本发明有针对的设计了两级脱轻塔+脱重塔的工艺流程，解决了此类废水的处理难题。具体工艺过程为：
(1)原料预热：原料经过预热器与来自脱重塔塔顶气相物料进行热交换，经预热后的原料进一级脱轻塔；
(2)初脱轻组分：0.2MPa～0.55MPa的生蒸汽从一级脱轻塔的加热器中进入，原料从一级脱轻塔下部分离器进入一级脱轻塔后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在一级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(甲醛、甲醇和水的混合物)采出；二次蒸汽从一次脱轻塔下部分离器采出，进入二级脱轻塔加热器壳程；分离器底部重组分进二级脱轻塔分离器，一级脱轻塔压力为0～0.055MPa，塔顶温度为80℃～100℃，塔底加热器温度为100℃～115℃；
(3)再脱轻组分：-0.07MPa～-0.055MPa的二次蒸汽从二级脱轻塔的加热器中进入，物料从一级脱轻塔分离器底部进入二级脱轻塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在二级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(甲醛、甲醇和水的混合物)采出；二次蒸汽从二次脱轻塔下部分离器采出，进入脱重塔加热器壳程；分离器底部重组分进脱重塔分离器，二级脱轻塔压力为：-0.06MPa～-0.055MPa，塔顶温度为：60℃～82℃，塔底加热器温度为：75℃～85℃；
(4)脱除重组分：-0.095MPa～-0.075MPa的二次蒸汽从脱重塔的加热器中进入，物料从二级脱轻塔分离器底部进入脱重塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段实现与有机物等轻组分与水分和其它重组分的有效分离，塔内上升的气相物料从塔顶排出，经外部预热器和冷凝器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分(COD达标废水(有机物＜200ppm))采出；分离器底部重组分为含湿率较低的盐溶液，脱重塔压力为-0.095MPa～-0.075MPa，塔顶温度为50℃～65℃，塔底加热器温度为60℃～70℃；
(5)一级脱轻塔二次蒸汽、二级脱轻塔二次蒸汽和脱重塔塔顶出料经冷凝为液态后作为预处理后的合格废水，排出系统。
本发明中涉及的％如无特殊说明外，均指的是重量百分比；MPa如无特殊说明外，均指的是表压。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，该方法采用蒸发及精馏结合的方式，废水预热后经过两级脱轻塔脱除轻组分，再通过脱重塔脱除重组分，实现废水中有机物、盐分与水的分离。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)原料预热：废水原料经过预热器与来自脱重塔塔顶气相物料进行热交换，经预热后的原料进一级脱轻塔；
(2)初脱轻组分：生蒸汽从一级脱轻塔的加热器中进入，废水原料从一级脱轻塔下部分离器进入一级脱轻塔后，被逐步气化，通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和重组分分离，在一级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从一次脱轻塔下部分离器采出，进入二级脱轻塔加热器壳程，分离器底部重组分进二级脱轻塔分离器；
(3)再脱轻组分：二次蒸汽从二级脱轻塔的加热器中进入，重组分从一级脱轻塔分离器底部进入二级脱轻塔分离器后，被逐步气化，通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和其它重组分的有效分离，在二级脱轻塔精馏段的上部设置有内冷凝器，塔内上升的气相物料经内冷器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为轻组分采出；二次蒸汽从二次脱轻塔下部分离器采出，进入脱重塔加热器壳程；分离器底部重组分进脱重塔分离器；
(4)脱除重组分：二次蒸汽从脱重塔的加热器中进入，重组分从二级脱轻塔分离器底部进入脱重塔分离器后，被逐步气化，并通过分离器上面的精馏段，轻组分与水分和其它重组分的有效分离，塔内上升的气相物料从塔顶排出，经外部预热器和冷凝器冷凝为液相，其中一部分液相作为塔内回流回到塔内，一部分液相作为塔顶轻组分采出；分离器底部重组分为含湿率较低的盐溶液；
(5)一级脱轻塔二次蒸汽、二级脱轻塔二次蒸汽和脱重塔塔顶出料经冷凝为液态后作为预处理后的合格废水，排出系统；
(6)一级脱轻塔产生的二次蒸汽作为二级脱轻塔加热器的热源，二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔加热器的热源，脱重塔塔顶的二次蒸汽逆流换热来预热进料废水。
3.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，所述脱轻塔、二级脱轻塔和脱重塔均为蒸发器和塔的组合设备，该设备下部为加热器和分离器，分离器上部为精馏塔。
4.根据权利要求3所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，所述精馏塔内装填高效规整填料。
5.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，所述一级脱轻塔的二次蒸汽作为二级脱轻塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，塔内上升的气相物料被冷凝为液相，作为废水排出。
6.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，所述二级脱轻塔二次蒸汽作为脱重塔底部加热器的热源，经过该加热器交换热量后，塔内上升的气相物料被冷凝为液相，作为废水排出。
7.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的预处理方法，其特征在于，所述脱重塔上部设有预热器，利用塔顶二次蒸汽对原料废水逆流预热。
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