蒸鹽調(diào)理劑對(duì)煤化工高鹽廢水蒸發(fā)尾液減量的研究分析

徐達(dá)坤

(麥王環(huán)境技術(shù)有限公司，上海 200082)

煤化工行業(yè)廢水經(jīng)生化處理、深度處理和膜濃縮處理后成為高鹽廢水，為進(jìn)一步廢水減量或達(dá)到零排放，需采用蒸發(fā)結(jié)晶裝置對(duì)膜濃縮裝置濃水進(jìn)行蒸發(fā)處理，以實(shí)現(xiàn)煤化工高含鹽廢水中資源利用為目的的結(jié)晶提鹽[1]。

目前國(guó)內(nèi)已有多個(gè)煤化工項(xiàng)目的高鹽廢水采用各類(lèi)蒸發(fā)裝置進(jìn)行蒸發(fā)減量，例如MVR、多效蒸發(fā)、冷凍結(jié)晶等，均可以達(dá)到良好的高鹽廢水蒸發(fā)減量和結(jié)晶產(chǎn)鹽，但均存在蒸發(fā)尾液的問(wèn)題，根據(jù)蒸發(fā)器和蒸發(fā)量不同，尾液量一般約0.3～5 m3/h，尾液無(wú)法繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，會(huì)嚴(yán)重降低蒸發(fā)效率。蒸發(fā)尾液一般高含鹽量、高COD，以及含有較高的氨氮、硬度等成份，含鹽成份復(fù)雜、進(jìn)一步處理難度大。目前大部分項(xiàng)目針對(duì)無(wú)法繼續(xù)蒸發(fā)的尾液，一方面是少量回流至蒸發(fā)器與原水混合繼續(xù)蒸發(fā)減量，一方面針對(duì)無(wú)法繼續(xù)蒸發(fā)的尾液外運(yùn)至第三方專(zhuān)業(yè)單位作為危廢處理，處置成本高。

為提高蒸發(fā)效率，減少蒸發(fā)尾液作為危廢處置的成本，根據(jù)行業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和研究分析，我們研發(fā)自配了“蒸鹽調(diào)理劑”，通過(guò)對(duì)蒸發(fā)尾液加藥調(diào)理后進(jìn)入板框壓濾，濾液進(jìn)入蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)，可以繼續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)鹽和實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)尾液大幅減量。

1 高鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶裝置簡(jiǎn)介

某煤化工項(xiàng)目高鹽廢水減量零排放裝置設(shè)計(jì)為MVR蒸發(fā)裝置(蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù))，MVR作為高鹽廢水分質(zhì)結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù)，可以推動(dòng)實(shí)現(xiàn)廢水零排放和產(chǎn)鹽資源化利用[2]。該項(xiàng)目蒸發(fā)原水箱廢水主要來(lái)自于己內(nèi)酰胺、煤氣化污水中水濃鹽水濃縮處理裝置和己二酸污水中水濃鹽水濃縮處理裝置送來(lái)的濃縮液(高濃鹽水)，MVR蒸發(fā)器設(shè)計(jì)處理能力20 m3/h。高鹽廢水進(jìn)入蒸發(fā)原水箱后，通過(guò)循環(huán)泵提升至MVR蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)處理，采用蒸汽壓縮機(jī)和生蒸汽補(bǔ)充。高濃鹽水經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶裝置蒸發(fā)分離冷凝后，冷凝液出水指標(biāo)達(dá)到國(guó)家《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)中關(guān)于再生水用作敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回用，蒸發(fā)產(chǎn)鹽主要含氯化鈉、硫酸鈉等成份。

1.1 高鹽廢水水質(zhì)及水量

(1)設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

本項(xiàng)目高鹽廢水MVR蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)處理水量20 m3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 MVR蒸發(fā)裝置主要設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)Table 1 MVR evaporation device designed requirement for inlet wastewater

表2 工業(yè)用水水質(zhì)Table 2 Industrial water quality

(2)設(shè)計(jì)冷凝水回用水質(zhì)

回用水達(dá)到國(guó)家《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)中關(guān)于再生水用作敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)水量

該煤化工項(xiàng)目蒸發(fā)裝置于2017年開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行，目前實(shí)際蒸發(fā)處理水量平均約15 m3/h，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)主要指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 實(shí)際蒸發(fā)進(jìn)水水質(zhì)Table 3 Actual inlet water quality of evaporation unit

1.2 工藝流程及主要工藝單元

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用MVR蒸發(fā)工藝，主要工藝單元：蒸汽壓縮機(jī)、洗氣塔、蒸發(fā)罐、閃發(fā)罐、冷卻罐、離心機(jī)、干燥床等。項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)鹽硝酸鈉和結(jié)晶混鹽(氯化鈉、硫酸鈉等)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因廢水中硝酸鈉含量較低，所以裝置運(yùn)行調(diào)整為只產(chǎn)結(jié)晶混鹽(氯化鈉、硫酸鈉等)。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 MVR蒸發(fā)裝置工藝流程圖Fig.1 MVR Process flow diagram of evaporation unit

圖2 小試實(shí)驗(yàn)Fig.2 Small experiment

1.3 主要工藝指標(biāo)

(1)蒸發(fā)罐工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 蒸發(fā)罐工藝參數(shù)Table 4 Process parameters of evaporation tank

(2)預(yù)熱器(板式換熱器)工藝參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 預(yù)熱器(板式換熱器)工藝參數(shù)Table 5 Process parameters of plate heat exchanger

表6 二效升溫流程Table 6 Second evaporator temperature rise process

(3)兩路進(jìn)原料水罐流量分別為：9.3 m3/h，10.5 m3/h。

(4)密封水泵P-108出口壓力≥0.45 MPa。

(5)鹽、硝漿桶加料桶液位：桶高 1/3～2/3。

(6)鹽腿 SL-101、102、103 淘洗水流量控制適當(dāng)，保證鹽腳內(nèi)鹽呈流化狀。

(7)各電機(jī)的電流不超過(guò)其額定電流。

(8)離心機(jī)產(chǎn)品濕鹽含水量：≤3.5%。

(9)離心機(jī)油溫(P-40型)：50～55 ℃。

(10)離心機(jī)油位：大于油位計(jì)的 2/3。

(11)干燥床指標(biāo)：

進(jìn)料區(qū)溫度：50 ℃；

干燥區(qū)末端溫度：130～140 ℃；

冷卻區(qū)末端溫度：50～60 ℃；

干燥空氣溫度：120 ℃；

排出空氣溫度：60 ℃。

1.4 蒸發(fā)裝置運(yùn)行工況及蒸發(fā)尾液情況

為提高該項(xiàng)目MVR蒸發(fā)器蒸發(fā)效率，減少尾液產(chǎn)生排放，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)相關(guān)資料查詢(xún)和工藝研究分析，借鑒其他相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，從預(yù)熱器、捕沫器、加熱管、換熱面積、循環(huán)泵等方面進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整[3]，有效提高了蒸發(fā)效率。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目目前正常運(yùn)行平均處理水量約15 m3/h，每日蒸發(fā)尾液產(chǎn)生量控制不超過(guò)20 m3/d，由于蒸發(fā)尾液鑒定為危險(xiǎn)廢物，需轉(zhuǎn)移至有資質(zhì)的第三方專(zhuān)業(yè)處置單位最終處理，處置費(fèi)用高。

2 研究配置蒸鹽調(diào)理劑與小試實(shí)驗(yàn)研究

為解決目前蒸發(fā)裝置尾液量大和處置費(fèi)用高的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)研究分析，擬研究自配蒸鹽調(diào)理劑，對(duì)蒸發(fā)尾液進(jìn)行調(diào)理和過(guò)濾，以提高尾液蒸發(fā)效率，達(dá)到繼續(xù)蒸發(fā)減量效果。

2.1 研究配置蒸鹽調(diào)理劑

根據(jù)相關(guān)資料查詢(xún)和研究分析，以及藥劑比選，通過(guò)大量的藥劑配比實(shí)驗(yàn)，摸索出了蒸鹽調(diào)理劑所需的藥劑類(lèi)型和最佳的藥劑成份配比，主要有乙醇、聚合氯化鋁等藥劑成份。現(xiàn)場(chǎng)自行配置了符合要求的蒸鹽調(diào)理劑。

2.2 小試實(shí)驗(yàn)研究

取現(xiàn)場(chǎng)MVR蒸發(fā)裝置排放的尾液，分別加不同量的蒸鹽調(diào)理劑(0.5%、1%)，用濾紙過(guò)濾后，取等量濾液放水浴鍋進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，在同等加熱條件下(水浴溫度90 ℃左右)，對(duì)比、研究蒸發(fā)效果。

從以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄可以看出，投加1%蒸鹽調(diào)理劑并過(guò)濾后，通過(guò)水浴鍋運(yùn)行10 h，可以基本實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)尾液完全蒸發(fā)產(chǎn)鹽，而未投加藥劑(已過(guò)濾)的蒸發(fā)尾液基本無(wú)法繼續(xù)蒸發(fā)減量。該小試實(shí)驗(yàn)證明了所配置的蒸鹽調(diào)理劑具有良好的尾液調(diào)理效果，可以提高尾液繼續(xù)蒸發(fā)減量的性能。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究分析，蒸鹽調(diào)理劑改善并提高蒸發(fā)尾液蒸發(fā)性能的原理主要是：通過(guò)投加蒸鹽調(diào)理劑對(duì)尾液中影響蒸發(fā)效率的細(xì)小懸浮固體進(jìn)行網(wǎng)捕和凝聚，形成化學(xué)沉淀，并可降低蒸發(fā)尾液的濁度和色度，經(jīng)過(guò)濾后，尾液具有良好的繼續(xù)蒸發(fā)減量性能。

3 生產(chǎn)運(yùn)行情況

根據(jù)小試實(shí)驗(yàn)結(jié)論，為全面考察分析蒸鹽調(diào)理劑對(duì)該煤化工高鹽廢水蒸發(fā)尾液減量的效果，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了生產(chǎn)運(yùn)行試驗(yàn)。為全面分析蒸發(fā)尾液減量效果，現(xiàn)場(chǎng)利用MVR蒸發(fā)器的二效蒸發(fā)器獨(dú)立進(jìn)行尾液蒸發(fā)，考察運(yùn)行效果。

3.1 生產(chǎn)試驗(yàn)運(yùn)行

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)蒸發(fā)尾液排入大尾液池，對(duì)尾液投加蒸鹽調(diào)理劑混合反應(yīng)后進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，濾液進(jìn)入小尾液池儲(chǔ)存，然后提升至MVR蒸發(fā)器的二效蒸發(fā)器進(jìn)行獨(dú)立減量蒸發(fā)，尾液處理量約0.8 t/h。詳細(xì)工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 尾液+蒸鹽調(diào)理劑工藝流程圖Fig.3 Residual liquid+steamed salt conditioning agent process flow diagram

圖4 中控液位變化趨勢(shì)Fig.4 Central control system change trend of liquid level

圖5 蒸發(fā)效果Fig.5 Evaporation effect

3.2 二效蒸發(fā)器溫度控制及蒸發(fā)量趨勢(shì)

3.3 二效尾液蒸發(fā)減量效果

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行試驗(yàn)，通過(guò)MVR二效蒸發(fā)器獨(dú)立蒸發(fā)投加蒸鹽脫膠劑并經(jīng)板框過(guò)濾后的尾液，可以實(shí)現(xiàn)尾液進(jìn)一步減量，平均尾液處理量約0.8 m3/h，當(dāng)蒸發(fā)效率大幅下降無(wú)法減量時(shí)，排空二效液體進(jìn)入大尾液池，然后重新進(jìn)料。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均產(chǎn)鹽量約0.1 t/h。

表7是二效獨(dú)立蒸發(fā)尾液(投加蒸鹽調(diào)理劑并經(jīng)板框壓濾)前后該項(xiàng)目最終尾液排放量數(shù)據(jù)對(duì)比表。

表7 投加蒸鹽調(diào)理劑前后數(shù)據(jù)對(duì)比Table 7 Dosing steamed salt conditioning agent comparison of data before and after

4 成本分析

根據(jù)項(xiàng)目生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，投加蒸鹽調(diào)理劑后可以提高蒸發(fā)尾液蒸發(fā)效率，實(shí)現(xiàn)尾液進(jìn)一步減量和產(chǎn)鹽，尾液減少量約8 t/d、增加產(chǎn)鹽量約2.4 t/d。運(yùn)行成本如下：藥劑費(fèi)約 3 800元/天(自配藥劑成本約10 000元/噸)、新增蒸汽和電費(fèi)約2 000元/天、人工維修等其他成本約1 000元/天，每日主要運(yùn)行成本合計(jì)約6 800元。如尾液按照危廢處理，委托第三方專(zhuān)業(yè)公司處置費(fèi)約3 000元/噸，按照尾液減少量8 t/d計(jì)算，每天可節(jié)省危廢處置費(fèi)2.4萬(wàn)元，扣減運(yùn)行成本后，則每天可節(jié)省成本約1.72萬(wàn)元，每年可節(jié)省危廢處置成本約620萬(wàn)元。

5 結(jié) 論

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)論，投加蒸鹽調(diào)理劑對(duì)煤化工高鹽廢水蒸發(fā)尾液具有良好的蒸發(fā)效率提升效果，尾液可以繼續(xù)蒸發(fā)減量，該項(xiàng)目每日可以減少約8 t尾液，每年可節(jié)省危廢處置成本約620萬(wàn)元。