工業結晶法能處理化工含鹽廢水?

2022-01-07 化工邦

含鹽廢水一直都是各化工企業想要解決的痛點。工藝方法也是層出不窮,需要我們好好分析,來「對症下藥」。都知道工業結晶會用在化工生產中,處理含鹽廢水,它真的行嗎?

我們先來複習一遍化工含鹽廢水的特點,分析一下含鹽廢水的處理難題。「知己知彼,百戰不殆」,充分了解廢水才能更好的治理它。

含鹽廢水特點:

1. 高有機物,成分複雜,不同生產工藝、廢水組成不同,特徵汙染物不同。

2. 無機鹽複雜水鹽體系,以氯化鈉、硫酸鈉為主體,硝酸鹽、碳酸鹽、鉀、銨、重金屬、鈣、鎂、矽等。

3. 無機鹽比例與地域、煤質、產品、處理工藝有關。

處理的基本要求:

1. 零排放、近零排放。

2. 資源化、部分資源化(部分鹽不是危廢)。

含鹽廢水處理的問題:

1. 特徵汙染物的確定:廢水的汙染物絕大部分是以COD作為衡量汙染物的指標。

到分鹽階段,COD指標、以及特徵汙染物指標?

哪種有機汙染物是最受關注的?(氣化爐)

那種重金屬應該關注?(煤質)

2. 鹽的屬性:是否是危廢,化工廢鹽的標準

含鹽廢水處理的基本原理:

1. 利用各種鹽溶解度的變化規律進行分鹽:

2. 膜技術分鹽:

利用納濾膜技術可將一價離子和二價或高價離子分開,形成以一價離子為主的溶液和以二價為主的溶液,溶液分別蒸發可達到分鹽的目的。

3. 其他分離方法

鹽質的影響因素:

1. 母液雜質濃度:與廢水處理的程度及濃縮倍數有關。

2. 母液中雜質組成:通常含有COD,特徵汙染物、重金屬,雜質無機鹽等。

3. 母液夾帶量:包括晶體的大小、形狀,晶體的分布,固液分離設備。

【母液中COD與失水量之間的關係】

【晶體中水分含量與COD含量之間的關係】

針對含鹽廢水的特點及處理中的問題,工業結晶方法也應運而生。工業結晶技術特點及常用方法如下:

蒸發是實現結晶的手段,結晶是蒸發的目的。蒸發過程的控制要滿足結晶過程的需要。要得到好的晶體產品需要蒸發速率控制,蒸發過程控制,蒸發設備的優化。

1. 蒸發與結晶的匹配:

(1)過飽和:決定過程的進行速率和什麼過程發生。

(2)結晶過程的基本階段:過飽和度的產生過程,晶體的成核過程,晶體的成長過程

(3)工業結晶過程包括的基本物理過程:晶體的成核,晶體的破碎,晶體的成長,晶體的聚並。

2. 蒸髮結晶過程的基本特徵:

結晶過程(成核、成長)在同一裝置中同時發生,可分為連續、間歇操作。過飽和度的產生與消耗速率處於一個平衡狀態,決定於產品的粒度與粒度分布。

【工業結晶器流體流動狀態多尺度特徵】

3. 過程選擇:

在一定的條件下,成核速率高於過程要求,必需採用一些控制手段,使的系統內的晶體個數滿足要求。細晶排除、分級排料、分級排料+細晶排除。 

4. 常用方法:

(1)蒸發分鹽

廢水中主要成分為氯化鈉和硫酸鈉,依據溶解度隨溫度變化的不同,進行分鹽。高溫溶液的兩鹽共飽點:NaSO4:4.4%,NaCl:25.9%;低溫溶液的兩鹽共飽點:NaSO4:5.3% NaCl:24.2%。

特點:化工廢水中還有大量COD,K、NO3等,在連續分鹽過程中,結晶器內的雜質含量很高,對每種鹽的溶解度影響很大,因此操作點的變化會很大。

點:分鹽是在高溫下進行,設備相對簡單。

缺點:過程控制比較困難,溶解度的變化範圍較小,單質鹽結晶析出控制要非常嚴格;對原料組成要求的潑動要求較高,操作彈性差;氯化鈉、硫酸鈉的比例不同,蒸發流程變化較大。

(2)蒸髮結晶+冷凍結晶

利用低溫下十水硫酸鈉的溶解度小的特點(-5°C,氯化鈉與硫酸鈉的兩鹽共保點的NaSO4含量為0.71%,氯化鈉含量為25.06%),在低溫下分離硫酸根,在高溫下蒸發獲得氯化鈉。

依據廢水組成,確定析鹽規律,確定蒸發流程。當蒸發到兩鹽共保時,進入冷凍階段,製得十水硫酸鈉,進而製得無水硫酸鈉,冷凍母液繼續蒸發可製得氯化鈉。

(3)納濾+分別蒸髮結晶

利用納濾原理,將濃鹽水中的一價離子與二價離子分開。一價離子以氯化鈉為主,含有鉀、硝酸根以及小部分硫酸根,可進行進一步濃縮、蒸發製得較純淨的氯化鈉。高價離子溶液主要是硫酸鈉和部分氯化鈉。大部分有機物也在二價離子的溶液中,可以濃縮、蒸發製取無水硫酸鈉,通過冷凍,製取十水硫酸鈉,進而製取硫酸鈉。

優點:過程控制比較容易,鹽質比較容易控制。

【分鹽工藝設計及優化】 

1. 分出的鹽是什麼屬性?

這是一個困擾化工零排放、資源化的核心問題,到現在為止,不論哪個分鹽技術,也還沒有很好的答案。

2. 鹽組成的影響因素?

要結晶出單質鹽,就是說在蒸發過程中其他鹽類不能析出,否則結晶出來的晶體產品就不是一種鹽,肯定不純。

3. 儘管我們能控制蒸發過程的結晶鹽只是一種單質鹽,鹽的產品也不是純鹽。

4. 蒸髮結晶過程是在固液兩相中進行,如果要得到產品,必須經過固液分離,因此鹽中必定夾帶母液-母液的雜質是影響鹽屬性的關鍵。

5. 蒸發,傳熱不是主要問題,工藝參數是主要的問題,過程中要去除多少溶劑,才能生產出合格的產品才是要特別關注的問題。

要達到零排放,無論預處理到什麼程度,都要經過蒸發,把剩餘的水蒸發,從而製得結晶鹽。廢水分鹽的工業化能否成功,關鍵在於濃鹽水進一步濃縮、結晶過程的可靠穩定運行。對於濃度相對較低的鹽水,膜濃縮是首選;MVR、TVR、多效蒸發過程可以應對幾乎所有液體。然後在對濃鹽水進行結晶。

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