蒸汽再壓縮技術(shù)回收廢水中氯化銨的工程實(shí)例

弋　萬

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北　荊州　434025)

?

蒸汽再壓縮技術(shù)回收廢水中氯化銨的工程實(shí)例

弋萬

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北荊州434025)

在化工農(nóng)藥產(chǎn)品生產(chǎn)中產(chǎn)生的高氨氮含量廢水，具有生物毒性大，可生化性差等特點(diǎn)，屬較難降解有機(jī)廢水。本文利用機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)處理某胺化反應(yīng)產(chǎn)生的高氨氮廢水，回收富含的氯化銨晶體，實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源化以及排放量最小化。此廢水預(yù)處理裝置運(yùn)行結(jié)果分析表明，該技術(shù)屬“源頭治理”-“廢棄物資源化”的廢水治理模式，具有環(huán)境-經(jīng)濟(jì)雙重效益。

化工廢水；高氨氮；機(jī)械式蒸汽再壓縮；資源回收

湖北某化工有限公司主要生產(chǎn)低毒殺蟲劑及部分化工原料藥。Acephate是該企業(yè)主要農(nóng)藥產(chǎn)品之一，是一種廣譜、高效、低毒、低殘留有機(jī)磷殺蟲劑，具有胃毒、觸殺、內(nèi)吸作用，有一定熏蒸作用，在高毒農(nóng)藥淘汰后得到了迅速發(fā)展。主要用于防治水稻、蔬菜、棉花、果樹等的病蟲害，已經(jīng)成為成長最快的高毒農(nóng)藥替代品種之一。

Dmpat為Acephate生產(chǎn)中間體，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢水，成分復(fù)雜，高氨氮，高鹽分，可生化性差。采用常規(guī)水處理方法處理，工藝復(fù)雜，投資大，運(yùn)行成本高，難以達(dá)到較好處理效果，且有用物質(zhì)得不到回收利用[1]。因此，開發(fā)和研究適宜工藝對Dmpat生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)濟(jì)高效地回收廢水中的有用物質(zhì)，是業(yè)內(nèi)亟待解決的難題[2]。

1　工程概況

1.1設(shè)計(jì)水質(zhì)，水量

(1)廢水產(chǎn)量

目前采用三氯化磷，硫磺，甲醇，氨水等原料進(jìn)行Dmpat規(guī)模化生產(chǎn)，廢水主要在氨化工序中產(chǎn)生。

Dmpat生產(chǎn)量達(dá)到15000 t/a。每生產(chǎn)1噸Dmpat產(chǎn)生2.3 m3的廢水，每年產(chǎn)生34500 m3廢水。根據(jù)該公司生產(chǎn)Dmpat的廢水排放量為115 m3/d，考慮長期運(yùn)行的原則，設(shè)計(jì)處理量為150 m3/d。

圖1　Dmpat生產(chǎn)工藝流程

(2)廢水水質(zhì)

表1　Dmpat廢水中的水質(zhì)特征

1.2工藝原理

MVR簡稱機(jī)械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)器，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，把電能轉(zhuǎn)換成熱能，提高二次蒸汽的焓，被提高熱能的二次蒸汽打入蒸發(fā)室進(jìn)行加熱，以達(dá)到循環(huán)利用二次蒸汽已有的熱能，從而可以不需要外部鮮蒸汽，通過蒸發(fā)器自循環(huán)來實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)濃縮的目的[3]。從理論上來看，使用MVR蒸發(fā)器比傳蒸發(fā)器節(jié)省80%以上的能源[4]，節(jié)省90%以上的冷凝水，減少50%以上的占地面積。

表2　普通蒸發(fā)器與MVR的消耗成本對比

注：①年工作300天；②蒸汽220元/噸；③電價0.8元/度；④循環(huán)水0.4元/t；⑤能源折算值按GBT50441-2007《 石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》。

1.3工藝流程

廢水預(yù)處理工藝流程見圖2。

圖2　蒸汽再壓縮廢水預(yù)處理工藝流程

① 廢水從配料罐出來，由進(jìn)料泵打入蒸餾水預(yù)熱器內(nèi)與蒸餾水進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入蒸汽預(yù)熱器與鮮蒸汽換熱，達(dá)到蒸發(fā)溫度，進(jìn)入降膜換熱器進(jìn)行濃縮，然后強(qiáng)制循環(huán)換熱器，進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。而后在結(jié)晶分離器內(nèi)進(jìn)行閃蒸，此時會有小顆粒的結(jié)晶析出。

② 析出的結(jié)晶在結(jié)晶分離器內(nèi)下落的過程中，晶型不斷變大，最終從結(jié)晶分離器底部排料至離心設(shè)備。

③ 濃縮液和二次蒸汽在結(jié)晶分離器中進(jìn)行汽液分離。

④ 氣液分離后的濃縮液被強(qiáng)制循環(huán)泵打入強(qiáng)制循環(huán)換熱器，濃縮液在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行升溫，后進(jìn)入分離器，在分離器內(nèi)進(jìn)行閃蒸，之后結(jié)晶析出，如此循環(huán)。

⑤ 離心后的結(jié)晶打包，母液回系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。

⑥ 為保證系統(tǒng)內(nèi)母液溶液低濃度，采用連續(xù)性出料方式，防止母液溶液含量過高。

⑦ 從分離器出來的二次蒸汽，進(jìn)入MVR壓縮系統(tǒng)。二次蒸汽被壓縮后，溫度可升高到101 ℃左右，壓縮后的蒸汽再打入強(qiáng)制循環(huán)換熱器加熱物料。

⑧ 蒸發(fā)器和分離器出來的蒸餾水打入蒸餾水預(yù)熱器內(nèi)與廢水換熱，后進(jìn)入尾氣吸收塔，對系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行噴淋吸收，尾氣吸收水與濃縮后廢水一并排至企業(yè)污水處理廠進(jìn)行生化處理。

⑨ 整個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，此時不需要外部的鮮蒸汽進(jìn)行加熱，只需要壓縮機(jī)來維持整個系統(tǒng)的熱平衡。

2　主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)備選型

① 蒸餾水預(yù)熱器，換熱面積20 m2，利用蒸餾水對廢水進(jìn)行預(yù)熱，提高能源利用率。

② 蒸汽預(yù)熱器，換熱面積20 m2，利用鮮蒸汽對廢水進(jìn)行再次預(yù)熱。

③ 降膜加熱器，換熱面積150 m2，采用管板式換熱器，既是廢水加熱器，同時也是二次蒸汽的冷凝器。

④ 強(qiáng)制循環(huán)加熱器，換熱面積1000 m2，廢水的主要加熱裝置。

⑤ 蒸汽壓縮機(jī)：過氣量6000 kg/h，采用專門為蒸發(fā)高濃度廢水設(shè)計(jì)的高壓比流量全不銹鋼離心式蒸汽壓縮機(jī)。

⑥ 結(jié)晶分離器,有效容積40 m3，廢水經(jīng)加熱器加熱升溫后進(jìn)入結(jié)晶器蒸發(fā)，蒸發(fā)過程是在全密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行，設(shè)備內(nèi)溫度、壓力及料液濃度均可保持在最適宜于蒸發(fā)的狀態(tài)。結(jié)晶器內(nèi)部設(shè)有高效捕沫器，可以提高汽液分離效率，降低霧沫夾帶[5]。

⑦ 離心機(jī)：HR-500N，為雙極活塞推料離心機(jī)，將母液和固體氯化銨分離。

⑧ 尾氣吸收塔。DN1500×7500,250Y型塑料波紋板填料，對尾氣進(jìn)行吸收處理，并達(dá)標(biāo)排放。

⑨ 母液收集罐。有效容積為60 m3，回收離心所得液。

3　工程運(yùn)行效果

自2015年2月工程投入運(yùn)營以來，持續(xù)運(yùn)行3個月，日處理Dmpat生產(chǎn)廢水110～120 m3，平均日處理量為115 m3，工程運(yùn)行物料平衡如圖2所示。廢水的氨氮值未達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，其主要成分含有氨化物，氯化物等有機(jī)物[6]。經(jīng)過氯化銨回收后的廢水出水量為95 m3/d，氨氮平均值為 8100 mg/L，因而預(yù)處理氨氮去除率達(dá)87%。

圖2　物料衡算圖(以平均日處理115 m3廢水計(jì)算)

4　工程投資概算及運(yùn)行成本測算

4.1投資概算

該工程建設(shè)利用已有閑置廠房，投資主要包括購買設(shè)備，設(shè)備安裝及施工設(shè)計(jì)等，總費(fèi)用約800萬元。

4.2運(yùn)行成本測算

以化工行業(yè)每年運(yùn)行300 d計(jì)：

(1)運(yùn)行成本(E1)

MVR工藝用電負(fù)荷為710 kW，電價按0.8元/(kW·h)計(jì)，則E1=408萬元。

(2)人工費(fèi)(E2)

該處理設(shè)施設(shè)2人操作，約工資為4000元，則E2=4000×12×8=38.4萬元。

(3)日常維護(hù)費(fèi)(E3)

主要用為設(shè)備維修費(fèi)用，以每年20萬元計(jì)，則E3=20萬。

年運(yùn)行總成本：ET=E1+E2+E3=466萬元。

4.3環(huán)境和經(jīng)濟(jì)損益分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益

氯化銨(產(chǎn)品為工業(yè)級，含量?96%)以單價為500元/t出售，年銷售額F=20×300×500=3000000元。

年運(yùn)行虧損466萬元-300萬元=166萬元。

(2)環(huán)境效益

Dmpat生產(chǎn)廢水氨氮均值為6.23×104mg/L，平均處理量為115 m3/d，氯化銨回收裝置產(chǎn)生最終廢水量為95 m3/d，均值為8100 mg/L,因而氨氮減排量為1920 t/a。

(3)綜合效益分析

按生化處理成本1 kg氨氮五元分析[7]，每年減排氨氮1920 t，年節(jié)約處理費(fèi)為960萬。項(xiàng)目投資800萬，預(yù)計(jì)運(yùn)行8年，每年折舊100萬元，年運(yùn)行虧損166萬元。此裝置綜合效益為960萬元-100萬元-166萬元=694萬元，兩年內(nèi)收回投資成本。

5　結(jié)　語

采用MVR工藝對Dmpat生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理，平均處理量為115 m3/d，廢水經(jīng)蒸發(fā)濃縮后固液分離為2:1，分離固體經(jīng)離心后20 t/d氯化銨，實(shí)現(xiàn)廢水的經(jīng)濟(jì)，高效處理，預(yù)處理氨氮去除率達(dá)87.06%，年減排氨氮量達(dá)1920 t。采用MVR工藝有效控制運(yùn)行成本，大大提高工程可行性。

該廢水處理工程的成功實(shí)施為其他類似廢水預(yù)處理工程取得了經(jīng)驗(yàn)，同時提供相應(yīng)參數(shù)可供設(shè)計(jì)建設(shè)時參考。

[1]潘濤,李安峰,杜兵.廢水污染控制技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012:10.

[2]雷云,解慶林,李艷紅.高鹽度廢水處理研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(6):94-98.

[3]龐衛(wèi)科，林文野，戴群特.機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵技術(shù)研究進(jìn)展[J].節(jié)能技術(shù),2012,30(4)：312-315.

[4]胡泊松，楊玉梅，趙景利.多效蒸發(fā)工程中最佳效數(shù)的計(jì)算[J].無機(jī)鹽工業(yè),2012,44(11)：55-56.

[5]毛尚良.減壓膜蒸餾法的研究[J].水處理技術(shù),1994,20(5):267-270.

[6]呂旭美,陳紅玲,王建國,等.氯化銨受熱分解的實(shí)驗(yàn)探究[J].教育儀器與實(shí)驗(yàn),2005,21(1):13.

[7]國家重點(diǎn)推廣節(jié)能技術(shù)報(bào)告(第三批)(六)[J].設(shè)備管理與維修，2011(07)：58-60.

Engineering Example of Recovery Ammonium Chloride from Wastewater by MVR

YIWan

(College of Chemistry and Environmental Engineering, Yanggtze University，Hubei Jingzhou 434025, China)

High ammonia-n wastewater in the production of chemical pesticide products has characteristics of biological toxicity and poor biodegradability, was refractory organic wastewater. Mechanical Vapor Recompression technology was used to manage high ammonia-n wastewater in amination reaction production, and recycle rich contains ammonium chloride crystals and implemente minimizing wastes and emissions. The analysis of the wastewater pretreatment plant operation showed that the technology was a "source governance"-"waste resource recovery" mode of wastewater treatment, had environmental and economic co-benefits.

chemical wastewater; the high ammonia-n; mechanical vapor recompression; resource recovery

X703

C

1001-9677(2016)02-0142-03