化學(xué)沉淀-蒸氨-蒸發(fā)工藝處理催化劑生產(chǎn)廢水

乙二醇是一種非常重要的基礎(chǔ)化工原料，主要用于制備聚酯纖維、聚酯樹脂和醇酸樹脂。同時(shí)，它也是防凍劑、粘合劑、潤滑劑、表面活性劑等許多化工產(chǎn)品的原料。具有廣闊的需求和市場前景。為滿足市場需求，以煤為原料的“煤-草酸二甲酯(DMO)-乙二醇(EG)”工藝路線在國內(nèi)許多地方得到應(yīng)用。

作為乙二醇制備工藝的核心要素，DMO加氫制乙二醇催化劑的廢水問題日益突出。廢水成分復(fù)雜，含有大量的氨氮、金屬離子、硝酸鹽等污染物。，并且對(duì)微生物有毒。因此，乙二醇催化劑生產(chǎn)廢水的有效處理和污染物的回收利用已成為業(yè)界研究的重點(diǎn)。

江蘇化工股份有限公司是專業(yè)生產(chǎn)DMO加氫制乙二醇催化劑的外商獨(dú)資企業(yè)，DMO合成催化劑和乙二醇合成催化劑的生產(chǎn)能力分別為1.5kt/a。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的生產(chǎn)廢水，其中含有高濃度的氨氮、銅離子和總氮等污染物。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一套“化學(xué)沉淀+蒸氨+蒸發(fā)冶金”的組合處理工藝。經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，回收了廢水中的氨氮和硝酸鹽，取得了良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1、廢水水質(zhì)和工藝流程

1.1廢水質(zhì)量

廢水主要來自加氫催化劑(銅系)生產(chǎn)車間排放的廢水，廢水量為2.2m3/h，24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)和排放要求見表1。

1.2工藝選擇和特點(diǎn)

催化劑廢水中的主要污染物是銅離子、氨氮和TN，其中TN主要是硝酸鹽氮。根據(jù)廢水的特點(diǎn)，采用化學(xué)沉淀-氨蒸發(fā)冶金處理工藝，工藝流程如圖1所示。

該工藝的特點(diǎn)是采用不同的處理單元對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行分類去除，使廢水得到凈化。同時(shí)通過蒸氨技術(shù)將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氨水回用于生產(chǎn)線，通過蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)回收廢水中的硝酸鹽作為銷售產(chǎn)品，使廢水中的污染物得到更大程度的回收利用。

1.3流程描述

采用化學(xué)沉淀法去除廢水中的銅離子。廢水從生產(chǎn)車間排入濃水收集池。調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，用提升泵將廢水泵入pH調(diào)節(jié)池，加入NaOH調(diào)節(jié)廢水pH至9~10.5。然后廢水進(jìn)入間歇沉淀池，在沉淀池中加入混凝劑和絮凝劑，向池中加入Na2S，更好地去除廢水中的銅離子。含大絮體的廢水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液流入中間池1。底泥進(jìn)入污泥濃縮池后，經(jīng)板框壓濾機(jī)過濾脫水，含銅泥餅外處理，濾液回流至調(diào)節(jié)池。

中間池1中的廢水由提升泵泵入蒸氨系統(tǒng)，蒸氨過程如圖2所示。

首先將廢水通過管道混合器，向廢水中加入NaOH，將廢水的pH值控制在9~11的范圍內(nèi)。然后廢水經(jīng)過廢水換熱器和廢水加熱器，利用蒸氨塔底部排出的廢水和飽和蒸汽將原廢水加熱至90℃后進(jìn)入蒸氨塔。蒸氨塔采用大孔導(dǎo)向篩板式蒸氨塔，采用直接蒸餾法，通過從塔底引入的蒸汽將廢水中的氨蒸發(fā)，然后利用塔頂冷凝器和氨水冷凝冷卻器中的冷卻水將蒸汽與氨冷凝形成氨水。從蒸氨塔底部排出的蒸氨廢水在廢水換熱器中與原廢水進(jìn)行熱交換，并在冷卻器中用循環(huán)水冷卻至40℃以下，然后排入蒸氨廢水罐。

氨廢水池中的廢水由提升泵提升至蒸發(fā)系統(tǒng)，處理流程如圖3所示。蒸發(fā)器采用三效蒸發(fā)。當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，廢水根據(jù)進(jìn)料溫度依次進(jìn)入第三、第二、第一效蒸發(fā)器預(yù)熱。當(dāng)物料溫度預(yù)熱到接近蒸發(fā)溫度時(shí)，進(jìn)入一效降膜蒸發(fā)，然后進(jìn)入二、三效分離濃縮。蒸發(fā)濃縮后的濃縮液排入真空結(jié)晶罐冷卻結(jié)晶。結(jié)晶過程中產(chǎn)生的固液混合物經(jīng)離心機(jī)離心，分離出的固體物料裝袋收集，分離出的母液返回蒸發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無污染排放。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水在冷凝器中閃蒸釋放出一定的熱量，經(jīng)冷卻水冷卻后，由凝結(jié)水泵排入排水池，與廠區(qū)其他廢水混合，經(jīng)最終排水泵檢測達(dá)標(biāo)后排入污水管網(wǎng)。

2.主要設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1化學(xué)沉淀系統(tǒng)

(1)濃集水池:一座，半地埋式鋼筋混凝土+玻璃鋼防腐結(jié)構(gòu)，外形尺寸LBH=18000mm×15000mm×5000mm，有效池容積940m3，水力停留時(shí)間20d。兩臺(tái)配套提升泵，一用一備，Q=6m3/h，H=25m，n = 2.2kw

(2)一個(gè)pH調(diào)節(jié)罐，Q235+內(nèi)襯PE材料，φ1000mm×1600mm，有效罐容積:0.94m3，水力停留時(shí)間:25min。NaOH加藥泵3臺(tái)，2用1備，Q=2400mL/min，N=0.04kW，攪拌器1臺(tái)，攪拌槳為碳鋼和PE內(nèi)襯，R=86rpm，N=1.5kW

(3)混凝反應(yīng)池:1座，Q235+內(nèi)襯玻璃鋼，φ1000mm×1600mm，有效池容積:0.94m3，HRT:25min。兩臺(tái)PAC加藥泵組，一用一備，Q=2400mL/min，N=0.04kW，兩臺(tái)Na2S加藥泵組，一用一備，Q=2400mL/min，N=0.04kW，一臺(tái)攪拌器，碳鋼+PE內(nèi)襯攪拌器，R=86rpm，n = 1.5 kW。

(4)絮凝池一座，Q235+內(nèi)襯玻璃鋼，φ1000mm×1600mm，有效池容積0.94m3，水力停留時(shí)間25分鐘。兩臺(tái)PAM加藥泵，一用一備，Q=2400mL/min，N=0.04kW，一臺(tái)攪拌器，碳鋼+PE內(nèi)襯攪拌器，R=25rpm，n = 1.5kw

(5)沉淀池一座，垂直流，Q235+內(nèi)襯玻璃鋼，表面負(fù)荷0.36 m3/(m2 & # 8226；h).1臺(tái)氣動(dòng)污泥泵，Q = 379L升/分鐘。

(6)污泥池:1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外形尺寸LBH=2500mm×2000mm×5000mm，有效容積20m3。兩臺(tái)污泥泵，氣動(dòng)隔膜泵，Q=379L/min，一臺(tái)壓濾機(jī)，過濾面積30m2，過濾室容積0.46m3，n = 2.2kW

(7) 1: 1中間水池，半地面鋼筋混凝土+玻璃鋼防腐結(jié)構(gòu)，外形尺寸LBH=2500mm×2000mm×5000mm，水池有效容積:22m3，水力停留時(shí)間:10h。兩臺(tái)配套提升泵，一用一備，Q=6m3/h，H=25m，n = 2.2kw

2.2氨蒸餾系統(tǒng)

(1)廢水換熱器:1塊螺旋板，SUS304材質(zhì)，換熱面積60m2，板間距12～14mm。

(2)廢水加熱器:1、螺旋板式，SUS304材質(zhì)，換熱面積:40m2，板間距:12~14mm。

(3)蒸氨塔:1座，容量2.2m3/h，SUS304材質(zhì)，φ600mm×17788mm，篩板間距350mm，篩板數(shù)30層。兩套配套提升泵，一用一備，Q=6m3/h，H=20m，n = 1.5kw

(4)冷凝器一臺(tái)，管式，材質(zhì)為SUS316L，φ426mm×1500mm，換熱面積10m2，直徑φ25mm，高1.5m

(5)廢水冷卻器:1塊螺旋板，Q235材質(zhì)，換熱面積60m2，板間距12~14mm。

(6)氨冷凝冷卻器:一臺(tái)管殼式，SUS304材質(zhì)，換熱面積20m2，管殼直徑25mm。

(7)蒸氨廢水池一座:Q235+FRP材質(zhì)，φ2000mm×3200mm，有效池容積9m3，水力停留時(shí)間4h。兩套配套提升泵，一用一備，Q=6m3/h，H=20m，n = 1.5kw

(8)1臺(tái)濃氨水儲(chǔ)罐，材質(zhì)為Q235+FRP，φ2000mm×3200mm，有效罐容量為9m3，配套2臺(tái)輸送泵，1用1備，Q=6m3/h，H=20m，n = 1.5kW

2.3蒸發(fā)系統(tǒng)

(1)接收罐:1個(gè)，有效容積:0.7m3，材質(zhì)為SUS316L。1臺(tái)配套提升泵，Q=6m3/h，H=30m，N=3kW。

(2)單效蒸發(fā)器1臺(tái)，材質(zhì)為SUS316L，φ750mm×6000mm，換熱面積78m2。

(3)單效分離器1臺(tái):材質(zhì)為SUS316L，φ900mm×1800mm。1臺(tái)配套主效循環(huán)泵，Q=6m3/h，H=20m，n = 1.5kw

(4)二效蒸發(fā)器:1臺(tái)SUS316L材質(zhì)，φ600mm×6000mm，換熱面積42m2。

(5)二效分離器:1臺(tái)，材質(zhì)為SUS316L，φ850mm×1800mm。1臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵，Q=6m3/h，H=20m，n = 1.5kw

(6)三效蒸發(fā)器:1臺(tái)SUS316L材質(zhì)，φ600mm×6000mm，換熱面積46m2。

(7)三效分離器:1臺(tái)SUS316L，φ900mm×2500mm。三效循環(huán)泵1臺(tái)，Q=240m3/h，H=18m，N=30kW，排水泵1臺(tái)，Q=6m3/h，H=32m，N=4kW。

(8)管殼式冷凝器1臺(tái)，材質(zhì)為SUS316L，φ600mm×5000mm，換熱面積43m2。配套凝結(jié)水泵1臺(tái)，Q=6m3/h，H=30m，N=3kW，真空泵1臺(tái)，抽氣量=230m3/h，極限真空度=-0.097MPa，n = 5.5kw

(9)一個(gè)真空結(jié)晶罐，帶Q235+陶瓷襯里，有效容積0.5m3，1個(gè)攪拌器，攪拌槳Q235+PE防腐材料，R=60rpm，N=0.37kW

(10)離心機(jī):1臺(tái)，SUS304材質(zhì)，最大負(fù)載極限135kg，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速1200rpm，n = 7.5kw

(11)一個(gè)緩沖罐，材質(zhì)為SUS304，有效容積為0.5m3..1臺(tái)配套提升泵，Q=2m3/h，H=20m，n = 0.37kw

(12)排水池一座:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外形尺寸LBH = 15000mm×10500mm×5000mm，有效池容量800m3。兩臺(tái)配套提升泵，一用一備，Q=18m3/h，H=30m，n = 3.7kw

3.運(yùn)營效果分析

工程自最終調(diào)試以來，設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定，出水達(dá)到設(shè)計(jì)要求。運(yùn)行結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，化學(xué)沉淀-蒸氨-蒸發(fā)結(jié)晶工藝能有效去除廢水中的Cu2+、氨氮和TN，Cu2+、氨氮和TN的去除率分別可達(dá)99.5%、95.4%和98.8%，優(yōu)于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可產(chǎn)15。

4.經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目總投資313萬元(不含土建費(fèi)用)，系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用9076.4元/天(不含設(shè)備折舊和污泥處理費(fèi)用)，其中化學(xué)品164.7元/天，蒸汽7076元/天，人工1435.6元/天，電費(fèi)1770元/天。

5.結(jié)論

(1)根據(jù)乙二醇催化劑生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)，選擇了化學(xué)沉淀-蒸氨-蒸發(fā)結(jié)晶的組合工藝，取得了良好的處理效果。氨氮和TN去除率分別達(dá)到99.5%、95.4%和98.8%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)三級(jí)要求。本項(xiàng)目總投資313萬元，運(yùn)行費(fèi)用9076.4元/天

(2)采用蒸氨技術(shù)和蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)回收廢水中的氨氮和硝酸鹽，可回用或作為副產(chǎn)品出售，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。(來源:栗田工業(yè)(蘇州)水處理有限公司)

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