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汙水蒸發結晶處理

信息來源: | 發布日期: 2017-01-18 | 瀏覽量:
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一、轉變思想觀念,變廢為寶
  廢水也是資源。生物化工、無機鹽化工、食品工業,肉類加工、造紙業、酒精等工業廢水中含有的纖維素、糖、蛋白、氮基酸、無機鹽等有用的資源,扔掉是害,取出是寶,治理廢水要將廢水中有用的資源提取出來,廢水通過蒸發成為蒸汽冷凝水,是廢水不廢,實現清潔生產和真正意義上的美好環境。

  無論是過去還是現在的企業是以獲取良好的經濟效益為目的。如果在廢水治理上隻有投入,沒有產出,企業是不會有積極性的。自頒布國家國家環境保護法以來,某些企業寧願罰款,也不認真的進行廢水治理,因此廢水外排現象時有發生,更有受到利益驅使,認為治廢就是扔錢,治理越徹底,錢扔的就越多,所以無論是環保的管理者,還是企業的負責人,必須轉變思想觀念,廢水就是資源。治理廢水應是有投入,有產出,有社會效益,也有經濟效益的一種產業,尤其是有著高濃度廢水的企業,廢水是寶,廢水濃度越高,采用蒸發器濃縮,連續結晶的投入會越少(因為蒸發水量少)。對於有低濃度廢水的企業,要改變原有產品生產工藝,使廢水濃度提高,才能使廢水治理投入減少。如穀氨酸產業,穀氨酸產品的廢水量大,濃度低(含硫酸銨濃度3-4%),大部分企業為了競爭,為了獲取大的利潤,治理不徹底,經常偷偷排放,平時儲存廢水的地方,快成了一座水庫,甚至占據一條河。廢水中的硫酸銨、糖、蛋白、纖維素全是有用的物質。國外穀氨酸企業清潔生產沒有廢水,生產工藝與我國穀氨酸提取工藝大不相同,發酵後的穀氨酸溶液,經過膜過濾,截留糖、蛋白、纖維素成為飼料,再將9%濃度的穀氨酸銨溶液,蒸發濃縮至28%,采用四效降膜+熱泵蒸發工藝,蒸發溫度低於75℃,蒸發1噸水,僅消耗0.20噸蒸汽。再等電點連續結晶,穀氨酸一次結晶,便成為γ形結晶,粒度大於0.15mm,而含有硫酸銨(有些是氯化銨)的廢水濃度達到13-14%,再蒸發結晶出硫酸銨肥料。這種生產工藝徹底解決了氨氮工業廢水難以治理的難題,而產出部分足以抵消治理的費用,還有餘額,這才是受企業歡迎的廢水治理方案。


二、采用真空蒸發結晶的工藝治理工業廢水。
  這種工藝是很成熟的,目前應用於工業廢水中提取氯化銨(農用一級品),硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等無機鹽類,已有數十年的曆史。尤其近幾年,技術越來越先進,能耗越來越低,自動化程度越來越高,材料越來越好,使用年限越來越長。下麵我分別介紹真空蒸發和真空連續結晶的生產工藝。
  1.真空蒸發工藝:即再真空狀態下料液沸點降低的物理特性進行低溫(100℃-40℃)蒸發濃縮,真空度越高,料液沸點就越低。(查水蒸氣技術特性表)真空是如何形成的呢?是蒸汽瞬間突然被冷凝形成的,再輔以真空泵抽走不冷凝性氣體,以保證真空的穩定,目前較為經濟的做法是用常溫冷卻水或低溫冷卻水冷凝蒸氣。我們如何控製真空度的高低呢?控製冷卻水的溫度及水量就可以了。
  真空蒸發可分為單效生產,也可以分為多效生產,效數越多能耗越低,但隨之投資業越大。效數的確定是根據物料蒸發濃縮的量、投資與能耗的對比來確定的。物料蒸發的水量按每小時計,現在已可以做到單套每小時蒸發250噸-50公斤。一單套每小時蒸發水量數百公斤至數十噸比較常做,為了節約能耗,在首效的前麵加一台蒸汽噴射壓縮泵(簡稱熱泵),則能耗更低,蒸發1噸水需鍋爐的生蒸汽多少,為蒸汽消耗比。即常說的蒸發1噸水消耗多少蒸汽,這是衡量蒸發先進與否的一項重要參數,目前世界上較好方式是:
   單效+熱泵 蒸汽消耗比 0.55~0.65
   雙效+熱泵 蒸汽消耗比 0.38~0.42
   三效+熱泵 蒸汽消耗比 0.28~0.33
   四效+熱泵 蒸汽消耗比 0.20~0.22
   五效+熱泵 蒸汽消耗比0.16~0.18

  我國真空蒸發的能耗在某些行業已接近世界^,但大多數行業水平還是較低,主要表現在不同的沸點進料、二次閃發和冷凝水熱量的再利用,真空度不高,料液沸點溫度還不夠低,以及自動調節儀表的材質差等等。更主要的是理論水平和實際水平工作創新能力,還遠遠落後於發達國家。


2真空結晶工藝
  真空結晶分為:真空蒸發連續結晶和真空閃發降溫連續結晶,都是在真空狀態下,結晶溶液沸點溫度降低的物理特性,進行連續結晶的。
  真空蒸發結晶工藝是在真空的狀態下邊蒸發邊結晶,如穀氨酸鈉就是采用這種工藝,按規模說年產2-4萬噸的味精,一套真空蒸發結晶設備即可以。工業廢水中提取無機鹽,如氯化銨、硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉等,也采用真空連續結晶。這種工藝可單效,也可以多效,根據蒸發數量決定,結晶溫度要根據結晶物體的工藝特性和飽和溶解度曲線確定。實際應用中,結晶溫度盡量低些,便於結晶設備選擇較便宜的材料,降低投資造價,溫度太低也不可取。因為未效二次蒸汽比容太大,設備做的大而增加投資。真空蒸發結晶工藝的特點是結晶粒度大,顆粒均勻,能耗低,操作費用低,技術含量高。

  真空閃發結晶工藝是真空狀態下,邊閃發降溫,邊結晶。結晶溫度可以做的很低,為提高收率,甚至在0℃前可做到。穀氨酸等電點連續結晶,就是閃發結晶工藝,他要求2-3℃結晶,閃發蒸汽幾乎達到0℃。閃發過程就是降溫過溫。比如從30℃降至10℃,結晶溶液的比熱×結晶溶液的重量/小時×(30℃-10℃)除以10℃時該溶液的汽化潛熱等於閃發蒸汽量/小時,也就是說閃發掉這麽多蒸汽,結晶溶液才能從30℃降至10℃,而真空狀態同樣需要低溫冷卻水,甚至冷凍鹽水去冷凝閃發蒸汽,也同樣需要真空泵抽取不凝性氣體,以保持真空的穩定。真空閃發結晶工藝應用也很廣泛,穀氨酸、異維C納,木糖醇、維生素C,無機鹽中,七水硫酸鎂、工業硝酸鉀、五水硫酸銅等均采用。和間歇冷卻結晶工藝相比,優勢是能耗低,結晶顆粒大小可控製,粒度園滑均勻,技術含量高,占地麵積小,投資總費用不高。


3、真空多效蒸發+噴霧幹燥工藝。

  廢水中有用物質如蛋白質,膠體等不適合用結晶的方法進行固液分離的物質,而且廢水濃度又不高,采用真空多效蒸發+噴霧幹燥工藝,即可把廢水變成蒸汽冷凝水,又可以把廢水中的有用物質,變成飼料的添加劑,如肉類聯合加工廠中的血水,洗肉水過去都是作為廢水扔掉了,即汙染環境又損失了資源,國外已采用這種工藝將血蛋白全部回收,賣給飼料廠,很受歡迎,而肉聯廠又取得了經濟效益,一舉兩得。澱粉工業中的玉米、小麥、馬鈴薯等、洗滌水、浸泡水含有澱粉、蛋白、乳酸等。國內有很多澱粉廠都把它作為廢水扔掉了,其中可以蒸發濃縮至50%,再噴霧幹燥成蛋白飼料添加劑,而浸泡水變成了蒸汽冷凝水,完全可以做為工藝水再回收使用,而澱粉廠臭烘烘的環境一去不複返。


4、技術的成熟和可靠

  上述技術均為物理過程,沒有化學反應,技術上是成熟的、可靠的。國人在掌握控製這些技術時,還有新的發展和創新,但是完成一項工程設計,必須要進行物料和熱量的衡算,這需要企業配合,提供該廢水的基礎理化參數如比熱、結晶熱、重度、粘度。(均為不同溫度,不同濃度的條件下)如蒸發濃度,首先要提供初始量(KG/小時),初始濃度,初始溫度,接著要提供,終止量(KG/小時),終止濃度,終止溫度,如果需要真空結晶,還要提出結晶粒度要求,提供廢水中其它物質含量,要準確。特殊的廢水還要提供不同濃度下的蒸汽分壓(沸點升高)因為一般鹽類溶液的蒸汽分壓,手冊中可以查到。隻有和企業密切的配合,才能完成一件^的設計和精密的製造。


三、廢水蒸發、結晶的設備和材質

1、真空蒸發的設備

  (1)降膜蒸發器,降膜蒸發器用途^廣泛,能耗低(蒸汽、電)熱接觸時間短,初始物料從進蒸發器至出蒸發器,往往才幾十秒鍾,即使四效,也不超過二分鍾,尤其適應熱敏性物質。熱傳導溫差小也可以生產,所以蒸發溫度可以設計很低。如前麵所述的穀氨酸濃縮,就是選用的降膜蒸發器,四效+熱泵。首效溫度僅有74℃~75℃。降膜蒸發器分直流式和循環式,直流式從節能和二次蒸發再利用上均好於循環式,尤其適合熱敏性強的溶液蒸發濃縮。

  (2)外加熱式強製循環蒸發器,他由加熱室和蒸發室組成,靠循環管、循環泵連接成一個整體,它適合於有結晶顆粒或粉粒的溶液蒸發濃縮。結構簡單,容易操作,^不足的是循環泵、電耗相對較高。目前,國內普遍使用的循環泵是單懸臂,雙端麵機械密封的軸流泵,流量大,楊程小,轉速低,機械密封處有冷卻水和密封水,隻要保持水的清潔和供應,機械密封一般不會損壞,該蒸發器經三十餘年的運行改進,國內已掌握了不堵管,不結垢等技術要點,已能夠設計出和國外相同的,傳熱係數高的蒸發器。


2、真空蒸發結晶器和真空閃發結晶器

  真空蒸發結晶器和真空閃發結晶器連續結晶,它與間歇結晶器的概念完全不同間歇結晶為常壓,真空蒸發器和真空閃發結晶器是在真空狀態下連續結晶,連續進料、連續出料。生產是均衡的連續的,真空蒸發器結晶器是在相同的壓力溫度下,邊蒸發,邊結晶生產,因此它有加熱室和蒸發結晶室。真空閃發結晶是降溫結晶。它需要閃發一部分熱量(把熱量變成水蒸氣閃發出去)所以它不需要加熱室,隻有閃發結晶室,而結晶室內又分為閃發區,晶核成長區、沉降區、母液分離區,中央循環管區等,尤其是D、T、B型結晶罐,還設有立式軸流泵,進行自身循環,讓新的物料降溫,在中央循環管內進行,不破環結晶在介穩區內正常生長,因此這種結晶器,結晶顆粒大,粒度均勻、園滑,是間歇結晶不能比擬的。

  結晶器的類型分為FC型,奧斯陸型和DTB型,世界各國都是在這三種結晶器的基礎上,不斷研究,不斷改進,以形成自己的風格,朝著更節能,更節省材料,結晶效果更好的方向努力。我國也在努力,設計人員研製的味精真空蒸發結晶器,直徑φ5600、高14m,體積130m3, 味精顆粒長3-4mm,直徑1~1.2mm,立式軸流泵僅15KW,已於2002年在安徽、蚌埠、豐原生化集團公司投入生產,其技術水平已經和國外^相差無幾。


3、噴霧幹燥設備

  噴霧幹燥分為壓力式、氣流式、離心式,這些技術均已成熟,我國在染料(壓力式噴霧幹燥)、白炭黑(離心式噴霧幹燥)、製藥行業(氣流式噴霧幹燥)上應用已很普遍,技術也很成熟,主要結構分為供料係統、霧化係統、幹燥係統、氣固分離係統,目前,幹燥塔直徑已可以做到12M,幹燥蒸發水量已可以做到15000㎏/小時自己研製的離心霧化器已獲得了國外同行^的讚譽。


4、材質:材質選擇正確與否,直接關係到蒸發、結晶、幹燥設備的使用壽命。廢水有酸性、堿性、有含氯離子、硫離子、銨離子、濃度不一的鹽,腐蝕性也不甚相同,所以必須選擇相應的材質,保證設備的正常運轉,溫度不同,材質型號也不同。
如:含有氯離子的廢水蒸發結晶時
    溫度40℃以下時,材質選擇2304#,雙相不鏽鋼
    溫度在40℃~90℃時,材質選擇2205#,雙相不鏽鋼
    溫度在90℃以上時,材質選擇2507#,雙相不鏽鋼
如:含有氯離子,又含有銨離子的廢水蒸發結晶時
    溫度在40℃以下時,材質選擇2205#,雙相不鏽鋼
    溫度在40℃~90℃時,材質選擇2507#,雙相不鏽鋼
    溫度在90℃以上時,材質選擇254SMo或鈦材。

  對於酸性或堿性鹽PH=4~10之間的廢水可以選擇奧氏體316L、304L,溫度越高要求材質越好。而氯、硫離子存在水中時,必須選用雙相不鏽鋼,因為雙相不鏽鋼對應力腐蝕開裂,點腐蝕和晶間腐蝕有著優良的耐腐蝕性。


四、努力的方向
  清潔生產,工業廢水零排放,是各級政府環保部門一直追求的目標,也是企業,尤其是老企業努力的方向,目前主要問題仍是資金困擾著企業,技術改造資金難以落實,我們科技人員希望看到政府、銀行和企業攜起手來,為共同的目標,積極籌措資金,為實現清潔生產,實現社會效益和經濟效益雙豐收而共同努力。
  我們科技人員在現有技術的基礎上,將繼續研究工業廢水零排放中出現的新問題。
  1、為減少資金投入,開發用一套設備同時提取廢水中兩種鹽,如氯化鈉和硫酸鈉,氯化鈉和氯化銨等新工藝,目前該技術已經有突破,施工設計均已完成,隻待投產後再大力推廣。
  2、為了減少資金的投入,用較便宜的材質替代嬌貴的金屬材料。這需要和治金部門共同聯手,我們正在做方麵的工作。
  3、從廢水中提取有用的物質,是一項係統工程,它涉及的專業和目前的環保專業是大相徑庭的,我們希望政府和企業的環保技術人員努力學習相關的化學基礎,用蒸發、結晶的技術消滅廢水將成為企業環保的新途徑。
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