MVR蒸发工艺在氯化铵废水处理中的应用及经济分析方健才

广东化工2012年第8期·102·蒸发工艺在氯化铵废水处理中的应用及经济分析方健才(广州科城环保科技有限公司，广东广州510663)[摘要]介绍了蒸汽机械再压缩式蒸发器的工作原理及工艺流程，并与三效蒸发、四效蒸发两种蒸发方式的运行费用进行了对比，体现其明显的节能效果。结果表明：从氯化铵废水中每蒸发出1t水，相对于四效蒸发器，MVR蒸发器可以节省60.72%的标准煤。[关键词]节能；蒸发；氯化铵；MVR[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2012)08-0102-01ApplicationandEconomicAnalysisofNH4ClWastewaterTreatmentbyMVREvaporationCraftFangJiangcai(EnvironmentalTechnology,Guangzhou510663,China)Abstract:Theworkingprincipleandflowpathofanewtypeevaporatorwithmechanicalvaporrecompressionevaporatorwasintroduced.Itsrunningcostswerecomparedwiththatofthetriple-effectevaporationprocessandthatofthefourstagesevaporatorsystem.Thisprocessshowedobviousenergy-savingresults:relativetothefourstagesevaporator,MVRevaporatorcansave60.72%ofstandardcoalin1twaterevaporationfromtheammoniumchloridewastewater.Keywords:energy-saving;evaporation;ammoniumchloride;MVR印刷线路板蚀刻过程产生大量的含铜蚀刻废液(国家危险废物名录编号HW22)，国内较为先进的蚀刻废液处理工艺为：利用酸、碱蚀刻废液发生中和反应，生产碱式氯化铜及系列产品[1]。但碱式氯化铜的生产过程中会产生高浓度的含氯化铵废水(成分见表1)，对于浓度较高的氯化铵废水通常采用蒸发浓缩的形式，其中多效蒸发的蒸发器形式采用得较为普遍[2]。近年来，随着蒸汽价格的飞速上涨，该种蒸发过程的能耗也使得广大企业负担急剧增大，因此，寻找一种高效节能的蒸发浓缩技术显得非常迫切。MVR是“机械式蒸汽再压缩”英文表述(MechanicalVaporRecompression)的简称，其基本原理是将从结晶器分离出来的二次蒸汽经压缩机压缩后，温度、压力升高，热焓增大，然后进入蒸发器加热室冷凝并释放出潜热[3]。受热侧的料液得到热量后沸腾汽化产生饱和气体(即二次蒸汽)。二次蒸汽经分离器后进入压缩机，重复上述过程。这样就可以回收利用蒸汽的潜热，达到节能的目的，同时还省却了冷却水系统[4]。表1生产碱式氯化铜废水成分Tab.1WastewatercomponentofCupricchlorideproduction成分CuClNH4+含量/(g·L-1)0.210050.51MVR蒸发工艺流程简述MVR蒸发工艺重新利用自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。多效蒸发过程中，蒸发器某一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源。如作为本效热源必须额外给其能量，使其温度(压力)提高。蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽，而运用了MVR技术的蒸发器则可压缩蒸发器中所有的二次蒸汽，使得蒸汽压缩，热焓值提高，再重新输入到加热室进行蒸发，就这样源源不断进行循环蒸发，蒸发出的水分最终变成冷凝水与原料换热后排出(如图1所示)。2MVR蒸发工艺的优点由于二次蒸汽的潜热得到了充分的利用，和传统的蒸发器相比较，MVR蒸发器具有以下优点：(1)节能效果非常显著，MVR系统能耗相当于多效蒸发器的30效；(2)不需要生蒸汽加热，只需要适当的电能就能维持蒸发的正常进行；(3)由于加热器同时又是二次蒸汽的冷凝器，所以不但不需要另外的冷凝器，而且无需循环冷却水；(4)占地面积小、操作人员少；配套的公用工程项目少；(5)操作更加稳定可靠，全系统可做成组态控制，高度自动化；(6)在15~100℃度的范围内任意设定蒸发温度，特备适合有热敏性质的物料的浓缩或结晶，并且在低温蒸发状态下无需冷冻冷却水，大大的节省投资强度。图1MVR蒸发工艺流程Fig.1MVRevaporationcraftprocess3MVR蒸发系统的选材在氯化铵水溶液中含有较高浓度的氯离子，对设备的腐蚀极为严重，因此需选用耐腐蚀性强的钛材，在氯化铵水溶液中，温度20~100℃，各种浓度下，钛材的腐蚀速度＜0.013mm/a，所以选用钛材配合低温蒸发可以解决氯化铵蒸发时的设备腐蚀问题。4MVR蒸发工艺设计计算MVR蒸发设备的主体是蒸发器，它主要由加热器和分离器组成，本设备采用一体式升膜加强制循环闪蒸式蒸发器，设计蒸发量为3000kg/h，核心是蒸汽压缩机。本项目的设计计算参数如表2。5MVR系统经济性能分析5.1年运行费用该MVR系统每天的废水处理量为3.7t，蒸发量为3000kg/h，(下转第64页)[收稿日期]2012-05-18[作者简介]方健才(1984-)，男，广东惠来人，生产经理，主要研究方向为工业废水处理。冷凝水 广东化工2012年第8期·64·工程调试污泥驯化采用接种培菌法，种泥取自某污水处理厂，接种60t脱水污泥(含水率80%)。其中20t种泥投加在水解酸化池，40t种泥投加在CASS池，经过预处理的生产废水，水量逐步增加打入水解酸化池和CASS池，加废水同时加入一定比例的清水，同时引入了生活污水。为了加快生物膜的形成，避免废水营养单一，每天加入营养物(尿素5kg/d，磷肥2.5kg/d)。曝气量随加入废水量调整，同时注意控制溶解氧在2~4mg/L之间。调试初期间CASS污泥完全回流至水解酸化池。经过三个月(冬天)的培养驯化，生化系统进入正常运行阶段。废水经过旋转过滤机和气浮后，其中桔梗、桔膜以及大部分SS被拦截。在废水经过混凝气浮后仍然有少量果胶存在，在水解酸化池的缺氧环境下，果胶等物质在酶的作用下，可被水解成可溶性果胶和多缩戊糖等，废水最终进入CASS池，在曝气条件下，废水中的有机污染物被活性污泥最终降解。调试期间，我们对CASS池进行了不同曝气时间下的降解效率试验，图2为不同日期的三组平行水样降解效果。数据显示随着曝气时间的延长，CODCr逐渐降低，但曝气6h后CODCr去除率增加缓慢，曝气12h后CODCr均低于100mg/L，证明工程系统能对果胶进行有效去除。图3为工程正常运行半年后2010年某月系统进、出水CODCr值。024681012020040060080010001200水样1水样2水样3CODCr/mg.L-1t/h图2不同曝气时间下CASS池出水CODCr值Fig.2CODCrevolutionintheeffluentofthehydrolyticacidificationtankindifferentaerationtime051015202530200400600800100012001400进水出水CODCr/mg.L-1t/d图32010年某月工程系统进出水CODCrFig.3CODCrevolutionintheinfluentandeffluentoftheengineeringsysteminacertainmonthof20105结论(1)CASS反应池作为处理柑橘加工废水好氧段，随着曝气时间的延长，COD逐渐降低，但曝气6h后CODCr去除率增加缓慢，曝气12h后CODCr均低于100mg/L，证明工程系统能对果胶进行有效去除。(2)絮凝气浮＋水解酸化＋CASS工艺处理柑橘加工废水，整个流程连续流畅，操作简便，经过二年多的运行实践表明，工艺处理效果稳定，出水CODCr、BOD5、SS平均浓度分别为81.9mg/L、15.6mg/L、58.7mg/L，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-l996)一级标准。参考文献[1]蔡涛，宋碧玉．生物接触氧化池处理柑橘罐头废水的动力学研究[J]．工业用水与废水，2006，37(6)：16-19．[2]袁松．柑橘加工废水处理工程实例[J]．海峡科学，2010，6：87-89．(本文文献格式：李素敏．絮凝气浮＋水解酸化＋CASS工艺处理柑橘加工废水[J]．广东化工，2012，39(8)：63-64)(上接第102页)按照广州地区的能耗指标，蒸汽价格为187元/t，电价为0.6元/kW·h，冷却水价格为0.4元/t，全年工作时间为7200h计算。MVR系统压缩机年所需的电耗价格为：(49+88)kW×0.6元/kW·h×7200h/年=63.94万元。若采用三效蒸发结晶器(蒸汽能耗比按0.45计，冷却水90m3/h)，年耗用蒸汽费用为：3.0t/h×0.45×187元/t×7200h/年=181.76万元/年；年耗用循环水费用为：90m3/h×0.4元/t×7200h/年=25.92万元/年；年总运行费用为181.76+25.92=207.68万元则采用MVR系统企业每年可节省的运行费用为：207.68-63.94=143.74万元，节省69%。表2MVR蒸发器设计计算参数Tab.2DesigncalculationparameterofMVRevaporation名称一级二级进出料浓度/%18/3535/46.95沸点升/℃310蒸发量/(kg·h-1)15001500压缩机耗能/kW5593生蒸汽耗量/(kg·h-1)00冷却水耗量/(m3·h-1)00二次蒸汽温度/℃8275料液温度/℃8585二次蒸汽压后温度/℃9292换热面积/m21301305.2节约的标煤按照1kW·h电的等价热量为0.404kg标煤、1kg蒸汽(压力0.4~1.0MPa饱和蒸汽)的等价热量为0.145kg标煤计算，则每蒸发1t水蒸气，使用MVR的压缩机所耗电的等价热量为(1kcal=4.18kJ)：0.404×7200×58.6=143.5t标准煤。采用三效蒸发器(能效比为0.45)所耗蒸汽的等价热量为：0.145×7200×0.45=469.8t标准煤。若采用四效蒸发器(能效比为0.35)所耗蒸汽的等价热量为：0.145×7200×0.35=365.4t标准煤。比较上述数据可以看出，相对于三效蒸发器而言，使用MVR可以节省69.45%的标准煤。相对于四效蒸发器，MVR可以节省60.72%的标准煤。由于采用MVR蒸发技术，不需要冷却水循环，考虑到这一点，MVR节省的标准煤会更大一点。6结论(1)采用基于蒸汽机械再压缩的蒸发技术对氯化铵铵溶液是可行的，系统结构简单，运行平稳。(2)MVR蒸发技术与三效蒸发器相比，蒸发量3t/h的系统，年运行费用可节省69%。(3)MVR蒸发技术与多效蒸发器相比，节能效果明显。MVR比三效蒸发器可以节省69.45%的标准煤。MVR比四效蒸发器可以节省60.72%的标准煤。参考文献[1]石荣铭，钟国清．利用废铜腐蚀液制取饲料添加剂碱式氯化铜[J]．中国饲料，2006(1)：25-26．[2]丁润发．三效热泵蒸发工艺在含氨废水处理中的应用及经济分析[J]．广东化工，2006，33(5)：86-87．[3]焦冬生．机械压汽蒸馏海水淡化系统的可用能分析[J]．太阳能学报，2008，29(10)：1197-1203．[4]梁林，韩东．蒸汽机械再压缩蒸发器的实验[J]．化工进展，2009，28(S1)：358-360．(本文文献格式：方健才．金大雄MVR蒸发工艺在氯化铵废水处理中的应用及经济分析[J]．广东化工，2012，39(8