多效蒸發裝置回收催化劑廢水硝酸銨的研究

秦 偉

(徐州水處理研究所, 江蘇徐州 221000)

1 蒸發器特點及應用效果

某化工集團主要生產尿素、合成氨、甲醇、催化劑等化工產品。在催化劑生產車間有一股高總氮含量廢水，總氮質量濃度高達14 000 mg/L左右(其中氨氮質量濃度為7 000 mg/L、硝氮質量濃度為7 000 mg/L)。該股污水如果用生化法很難處理，用化學法處理則費用很高且不一定能達標[1-2]。經過多方考察論證后最終選擇采用多效蒸發裝置。多效蒸發裝置既能解決污水難處理的問題又能回收廢水中的污染物，使其變成產品，增加經濟效益。

多效蒸發裝置主要是處理催化劑廠01、02生產催化劑工段高總氮含量廢水，廢水體積流量為200～250 m3/d。該廢水主要是由催化劑生產過程中產品洗滌產生的，由于在生產催化劑的過程中使用了硝酸和氨水，所以洗滌廢水中含有大量的氨氮和硝氮，是典型的高氨氮含量、高總氮含量、高硝氮含量的廢水，同時含有少量的重金屬離子，如鐵、鉻、銅、鋅等。高總氮含量的廢水先經過高效過濾器過濾雜質，再經過吸附器去除鐵、鉻等重金屬，目的是使蒸發后硝酸銨純度更高，廢水在蒸發器內將硝酸銨濃縮到65%(質量分數，下同)左右，存入儲罐，按比例投加粉塵尿素后作為液體肥外銷或作為其他肥料的原料[3-4]。

2 設計工藝參數

過濾器進出口設計指標見表1。

表1 過濾器進出口設計指標

吸附器進出口設計指標見表2。

表2 吸附器進出口設計指標

蒸發器進出口設計指標見表3。

表3 蒸發器進出口設計指標

3 工藝流程

回收催化劑生產廢水中硝酸銨的工藝流程見圖1。

圖1 回收催化劑生產廢水中硝酸銨的工藝流程

催化劑高氨氮含量廢水經過高效過濾器過濾懸浮物、膠體等雜質，然后再經過專用吸附器去除污水中含有的少量鐵、鉻等重金屬元素。廢水由上部進入過濾器，經濾層后水從下部流出，高效過濾器內裝填精制石英砂作為濾料，通過來水壓力提高過濾精度。當過濾一定水量后，污染物影響透水量，壓差變大，這時需要反洗。反洗時水由底部進入過濾器，壓緊的濾料由于重力自動松開；通過反向沖洗，濾料表面及內層積泥從上部反沖出罐體然后循環使用。

吸附器是利用離子交換有選擇性地除去水中有害、有干擾的離子。經過氫離子交換后，水中的鈣、鎂、鈉、鐵、鉻根被交換劑中的氫離子置換出來，使水凈化[5-6]。相關反應式如下：

2HR+Ca2+=CaR2+2H+

(1)

2HR+Mg2+=MgR2+2H+

(2)

HR+Na+=NaR+H+

(3)

當交換劑中大部分氫離子被交換后，吸附器(離子交換器)中的樹脂逐漸失效，需要經過再生來恢復其活性。再生過程就是以含大量氫離子的鹽酸溶液通過失效的交換劑層，將其吸附的鈣、鎂、鈉、鐵、鉻離子置換出來，而氫離子被交換劑吸附，使交換劑重新恢復交換能力。相關反應式為式(1)～式(3)的逆反應。

預處理合格的廢水打入多效(三效)蒸發裝置，廢水進入預熱器進行蒸發前的預熱，達到一定溫度后進入加熱器。加熱器分為三效加熱，采用降膜逆流加熱蒸發方式，有利于汽水充分混合，蒸汽被充分利用，提高了蒸發效率，節省運行成本。待蒸發器內的硝酸銨質量分數達到65%左右，打入提濃水箱進行存儲。液位達到設置高度后打到攪拌混合罐，按比例投加粉塵尿素或成品尿素混合合格后打入成品儲罐作為液體肥外銷或作為生產其他復合肥的原料。

4 工藝特點

(1)化工廢水成分比較復雜，鹽分為硝酸銨，在料液蒸發過程中，成套設備選用強制循環蒸發器。強制循環蒸發裝置是一種高效、抗鹽析、抗結疤結垢的蒸發裝置，系統用軸流泵輸送液體，迫使液體以較高速度流過加熱元件，使流動的推動力與傳熱、汽化、氣液分離的功能分開，設備的換熱效率高，在真空、多效條件下操作的適用性很突出。

(2)原料液經過乏汽預熱后依次進入三效蒸發器內蒸發濃縮，到達一定濃度后經出料泵輸送至下一工序。

(3)加熱介質采用飽和水蒸氣，直接進一效加熱室對物料進行加熱，一效分離室蒸發出的二次蒸汽進入二效加熱室作為二效加熱室的熱源，二效加熱室蒸發出的二次蒸汽進入三效加熱室作為三效加熱室的熱源，三效加熱室蒸發出的二次蒸汽進入間接冷凝器進行冷凝回收，經冷凝水泵輸送至界外進行工藝水回用。不凝氣經真空泵排出界外。

(4)一、二、三效蒸發器產生的冷凝水回收至冷凝水罐，經冷凝水泵輸送至界外進行工藝水回用。

(5)裝置多采用長管式或無動力蒸發器，裝置裝機功率小，設備的故障率低。

(6)采用預熱器預熱原料，可以降低生蒸汽的消耗，以達到節省能源的目的。

(7)沖堵水或煮效水采用高溫的冷凝水，確保不降低進料溫度，以降低生蒸汽耗量。

(8)二效加熱室產生的冷凝水進入到三效加熱室殼程閃蒸，充分利用了蒸汽的顯熱、潛熱，節約了生蒸汽消耗，降低了設備的運行成本。

5 結語

經過2年多的運行，多效蒸發裝置各設備運行穩定，各項工藝控制參數均在正常范圍內，蒸發器進料流量和蒸發后出料濃度均達到設計指標。該多效蒸發裝置為新型高效的逆流降膜循環蒸發系統,易實現自動控制與操作自動化，安全程度高，操作方便可靠。裝置運行成本低，穩定節能，安全環保，與其他蒸發器相比投資省，經濟效益可觀，是變廢為寶、節能降耗的好設備。在高氨氮含量廢水處理和濃縮回收項目上值得推廣和使用。