離子膜燒堿廢水回收技術分析報告

＊施 源

（江蘇國恒安全評價咨詢服務有限公司 江蘇 210000）

化工行業(yè)屬于支柱型產(chǎn)業(yè)，在帶來巨大經(jīng)濟效益和社會價值的同時，帶來的環(huán)境污染問題也不容忽視。化工工藝中產(chǎn)生的大量含鹽廢水，不僅給環(huán)境構成嚴重威脅，浪費寶貴的水資源，而且制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和綠色轉型。因此，有效處理和回收廢水已成為化工企業(yè)的重點任務。

含鹽廢水的處理工藝包括稀釋法[1]、多效蒸發(fā)法[2]、膜分離技術[3]、濕化氧化[4]等。其中，多效蒸發(fā)工藝憑借其節(jié)能、蒸發(fā)效率高和適應性強等特點，成為備受關注的技術選擇。然而，多效蒸發(fā)工藝經(jīng)常涉及多種危險化學品和高溫、高壓、高氧環(huán)境，存在燃爆、灼燙、腐蝕、廢水泄漏等風險，需對蒸發(fā)工藝中存在的危險和有害因素進行辨識，提前制定安全應對措施。本文以某化工企業(yè)離子膜法制燒堿產(chǎn)生的廢水蒸發(fā)回收工藝為例，剖析其技術原理，辨識工藝中存在的危險及有害因素，針對性提出安全管理措施，形成離子膜燒堿廢水回收技術分析報告，為化工企業(yè)在廢水處理中回收技術的選擇提供參考，同時為堿性或酸性廢水的資源化利用和環(huán)保減排提供科學支持。

1.項目概況

RS化工現(xiàn)已建成12萬噸/年離子膜燒堿電解裝置，為減少制堿工藝的廢水污染排放，進一步優(yōu)化產(chǎn)品結構，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)上下游原料互供和資源綜合利用，降低生產(chǎn)成本，該企業(yè)擬建50%燒堿蒸發(fā)裝置、脫氯淡鹽水MVR濃縮裝置和96%廢硫酸回收裝置，作為離子膜燒堿裝置的調(diào)優(yōu)項目。三套蒸發(fā)/回收裝置涉及的主要產(chǎn)品有32%燒堿溶液、脫氯淡鹽水和75%硫酸。針對脫氯淡鹽水的回收，該企業(yè)目前采用多效蒸發(fā)工藝處理鹽水，但單效蒸發(fā)器的傳熱溫差小、二次蒸汽利用率低，且蒸發(fā)后的鹽水VOC含量過高，蒸發(fā)析出的鹽無法作為一般工業(yè)鹽，被視為危險固體廢物，需委托相關的廢渣處理公司進行無害化處理。可見傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝已嚴重制約企業(yè)的綠色轉型和可持續(xù)發(fā)展。此外，在廢硫酸回收上，企業(yè)采用的是離子交換回收技術，使用離子交換樹脂吸附硫酸根離子，再將吸附的硫酸根離子洗脫，得到純凈的硫酸。然而，離子交換樹脂的使用壽命有限，需要定期更換，同時處理成本較高。

為進一步節(jié)能減排，提高安全水平，該企業(yè)擬采用先進的回收、多效蒸發(fā)技術和裝備，對離子膜燒堿裝置產(chǎn)生的脫氯淡鹽水、燒堿溶液、硫酸溶液回收處理裝置進行升級改造，實現(xiàn)廢水的深度處理、回收和利用，以期取得良好的環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益。

2.蒸發(fā)回收工藝分析

（1）50%燒堿蒸發(fā)工藝。三效逆流降膜蒸發(fā)工藝[5]是一種在蒸發(fā)過程中，利用降膜蒸發(fā)器使堿液從低濃度向高濃度逆流流動的工藝。該逆流蒸發(fā)工藝具有高效節(jié)能、穩(wěn)定性高、簡便操作和產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良等特點，廣泛應用于燒堿生產(chǎn)行業(yè)。該企業(yè)將三效逆流降膜蒸發(fā)工藝用于50%燒堿蒸發(fā)的工藝流程，詳見圖1。

圖1 50%燒堿蒸發(fā)工藝流程圖

首先，通過32%堿泵將堿液送入三效降膜蒸發(fā)器。在降膜蒸發(fā)器中，堿液從低濃度向高濃度逆流流動，與新鮮蒸汽流向相反。在這個過程中，堿液濃度逐漸提高，蒸汽溫度逐漸降低。接著，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸汽通過二次蒸汽管被送到表面冷凝器，進行冷卻。同時，利用水環(huán)式真空泵將惰性氣體抽走。經(jīng)過表面冷凝器冷卻后的二次蒸汽，再次進入三效降膜蒸發(fā)器，與從一效和二效蒸發(fā)器出來的堿液進行換熱。此時，三效降膜蒸發(fā)器底部泄出的36%的堿液，通過堿泵被送至二效蒸發(fā)器。在二效蒸發(fā)器中，堿液濃度進一步提高，達到42%。使用堿泵將42%的堿液送入一效蒸發(fā)器，堿液濃度進一步提高。最后，一效蒸發(fā)器底部泄出的50%的堿液，通過堿泵被送入換熱器。經(jīng)換熱后，產(chǎn)品溫度降至45℃，被送到50%堿儲槽。而在一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，也用于加熱二效蒸發(fā)器。

在整個三效逆流降膜蒸發(fā)工藝中，生蒸汽加熱降膜蒸發(fā)器，生蒸汽冷凝液和50%的堿液用來預熱36%和42%的堿液。這樣，既提高了蒸汽利用率，又降低了蒸發(fā)器換熱面積。

（2）廢硫酸濃縮回收工藝。廢硫酸濃縮回收技術采用蒸發(fā)真空濃縮工藝[6]，該工藝是近年在氯堿行業(yè)使用率較高的一項新技術，采用耐腐蝕的蒸發(fā)器，將廢硫酸加熱并蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過真空泵吸入冷凝器，在冷凝器中冷凝成液體，從而實現(xiàn)廢硫酸的濃縮，去除水分后的硫酸質(zhì)量分數(shù)可達96%，質(zhì)量高，雜質(zhì)含量較低，也可回用于燒堿裝置。

該企業(yè)的硫酸濃縮裝置采用兩段蒸發(fā)器濃縮，每段為一個臥式蒸發(fā)器及其汽液分離部件組成，工藝流程如圖2所示。將75%的稀酸輸送至預熱器，與成品96%硫酸換熱后進入洗滌塔頂部，在塔內(nèi)與來自第一段蒸發(fā)器頂部及二段真空蒸汽噴射泵排出氣逆向接觸，洗滌塔下部的硫酸進入第一段蒸發(fā)器與較高壓的蒸汽換熱，增濃后的硫酸由底部排出進入第二段蒸發(fā)器，再與較高壓的蒸汽換熱，得到96%的硫酸去預熱器，與75%的稀酸換熱后，再運至硫酸成品冷卻器，與循環(huán)水換熱降溫得到成品96%的濃硫酸。

圖2 廢硫酸濃縮回收工藝流程圖

（3）脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝。MVR蒸發(fā)裝置由蒸汽洗滌塔、循環(huán)水泵、壓縮機系統(tǒng)、分離器、降膜蒸發(fā)器、控制系統(tǒng)、預熱器等組成，工藝過程包括濃縮結晶系統(tǒng)、二次汽回路系統(tǒng)、生蒸汽系統(tǒng)等部分，多用于工業(yè)廢水的蒸發(fā)、濃縮與再利用，詳見圖3和圖4。

圖3 脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝流程圖

圖4 MVR蒸發(fā)裝置圖

淡鹽水濃縮結晶系統(tǒng)將進來的淡鹽水通過板式預熱器與外排冷凝水和濃縮后的鹽水進行換熱，之后進入降膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)濃縮，再轉移到強制循環(huán)蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)濃縮至所需濃度。

生蒸汽系統(tǒng)則在生產(chǎn)裝置系統(tǒng)開車或調(diào)整負荷時，使用生蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的廢水通過加熱室升高溫度，產(chǎn)生二次蒸汽。由于蒸汽中有氯成分和其他雜質(zhì)殘留，在淡鹽水濃縮過程中，需使用蒸汽洗滌器凈化蒸汽。

二次汽回路系統(tǒng)是通過除沫器去除二次蒸汽中的氯離子和雜質(zhì)，之后洗滌器內(nèi)的循環(huán)洗滌水對鹽水進行二次洗滌，最后使用加熱室的冷凝液進行第三次洗滌，確保進入壓縮機的二次蒸汽中含鹽量低于20%。

在生產(chǎn)車間系統(tǒng)運行過程中，還有大量凝結水產(chǎn)生。冷凝水儲存及外排系統(tǒng)是將冷凝水收集至儲槽中，經(jīng)冷卻后，通過冷凝水輸送泵送至洗滌塔，作為沖洗水系統(tǒng)的水源，如蒸發(fā)設備除沫器、洗滌塔除沫器等，確保除沫器的安全運行。同時，凈化后的凝結水還可用于淡鹽水濃縮結晶系統(tǒng)的換熱。

可見，脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮工藝綜合應用了各類子系統(tǒng)，既能有效處理濃縮淡鹽水，又實現(xiàn)了二次蒸汽的循環(huán)利用，具有環(huán)保、節(jié)能、高效等特點。

3.離子膜燒堿廢水回收工藝危險及有害因素分析

離子膜燒堿廢水回收工藝存在的危險點，主要包括：①物料中的濃硫酸和燒堿溶液具有腐蝕性，一旦設備、管道發(fā)生泄漏，或在裝卸、儲存過程中操作不當，泄漏出的物料觸及人體會造成化學灼傷、腐蝕。②硫酸遇鐵質(zhì)材料（如鐵質(zhì)螺線絲）生成氫氣，積聚在儲罐頂部，與空氣形成爆炸性混合氣體，若違章動火、雷擊火花等，可能發(fā)生火災、爆炸事故。③廢硫酸中含有少量氯，濃縮處理時生產(chǎn)系統(tǒng)有氯氣產(chǎn)生，若發(fā)生泄漏，現(xiàn)場人員吸入大量氯氣會導致中毒事故。④因蒸汽管道材質(zhì)不合格、未標識、架空高度不夠，或因高溫、腐蝕出現(xiàn)跑冒滴漏或炸裂，可造成中毒、灼燙等事故。

4.安全對策及建議

依據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》《危險化學品建設項目安全評價細則(試行)》，針對RS化工離子膜燒堿廢水回收工藝提出的安全措施如下：

(1)貫徹落實安全生產(chǎn)管理制度

RS化工應建立健全并落實安全生產(chǎn)責任制，落實“三管三必須”，設立安全生產(chǎn)管理機構，明確安全生產(chǎn)管理人員職責，加強員工安全生產(chǎn)教育與培訓，承擔離子膜燒堿廢水回收處理的安全生產(chǎn)主體責任。

(2)針對燒堿多效蒸發(fā)工藝供汽安全對策措施

①供汽管道應做好固定支架、膨脹節(jié)等設計和施工工作，防止供汽管道發(fā)生晃動、水擊破壞等異常。②做好蒸汽系統(tǒng)保溫層檢查和維護工作，防止保溫層破壞而造成人員灼燙傷害。③蒸汽管線投運時蒸汽中帶水或管道產(chǎn)生冷凝水，會造成管道水沖擊。應及時疏水，防止發(fā)生蒸汽管道水擊。④蒸汽管網(wǎng)需設有壓力、流量的遠程回傳系統(tǒng)，高壓自動泄放控制系統(tǒng)，壓力報警系統(tǒng)。

(3)加強管線、設備安全對策措施

①嚴格控制采購設備的質(zhì)量，選用有相關生產(chǎn)資質(zhì)企業(yè)生產(chǎn)的設備。②根據(jù)燒堿蒸發(fā)溫度由低向高變化，蒸發(fā)器的蒸發(fā)管、燒堿管道可采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼或鎳，避免這些重要部件因破損造成破裂而引發(fā)人身傷害。③稀硫酸濃縮設備材質(zhì)可采用耐腐蝕性能優(yōu)良的硼硅玻璃、搪玻璃等。75%～80%和96%的硫酸管道，采用鋼襯四氟材質(zhì)。④所有外表溫度大于60℃的設備或管線，均使用絕熱材料隔離，防止人員燙傷。

(4)蒸發(fā)工藝的自動控制系統(tǒng)安全對策措施

①實時監(jiān)控燒堿蒸發(fā)和硫酸濃縮時通入的蒸汽流量，安裝緊急蒸汽切斷閥，若被加熱的物料超溫，要及時切斷閥門。②在設備內(nèi)部及出口，設置溫度檢測點及溫度報警控制儀。③燒堿儲罐和硫酸儲罐按照雙液位計，對高低液位報警并及時提示操作人員處理。

5.結論

離子膜燒堿廢水回收技術，在解決化工污染和助力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要意義。本文研究了離子膜法制燒堿廢水回收工藝的技術原理、危險因素分析，并提出相應的安全對策與合理建議。經(jīng)過實踐研究認為，三效逆流降膜蒸發(fā)工藝、蒸發(fā)真空濃縮和MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝在回收廢水中具備科學性、可操性、環(huán)保性和安全可控性，可在化工行業(yè)內(nèi)大范圍進行推廣和應用。