陈侠含盐废水零排放关健技术

[e-mail]186227657182含盐废水零排放关健技术的研究与实践陈侠教授天津科技大学化工与材料学院天津黄埔盐化工程技术有限公司含盐废水零排放关健技术的研究与实践陈侠教授天津科技大学化工与材料学院天津黄埔盐化工程技术有限公司[e-mail]18622765718主讲人简介：陈侠，天津科技大学化工与材料学院教授、硕士生导师；化工分离技术研究室主任；天津滨海新区政协委员；天津黄埔盐化工程技术有限公司总经理。主要技术兼职：•中国盐业协会中国盐业专家•中国无机盐工业协会钙镁化合物分会专家组专家•中国化工学会蒸发结晶专业学组专家•中国化工学会无机盐酸碱盐专业委员会专家•科技部卤水精细化工创新联盟专家组专家•中文期刊《盐业与化工》编委员会编委•中文期刊《盐湖研究》编委员会编委[e-mail]18622765718天津科技大学及化工与材料学院简介天津科技大学化工学院中的盐业化学工程系，成立于1953年，是目前在制盐、盐化工方向全国唯一具有本科、硕士、博士学位授予权的学校。素有“盐业黄埔”之称。[e-mail]18622765718“黄埔盐化公司”，是天津科技大学的科研转化平台，依托具有“盐业黄埔”之称的化工与材料学院的技术科研力量,携手国内一流研究机构、环保企业，主要面向化工、环境、石油及煤化工等多种行业的复杂体系废水零排放处理，专业从事多效蒸发、MVR蒸发结晶以及新型分离装置的研究与开发，工艺设计及装置加工、安装调试、技术服务、人员培训、工程总包等为主的专业化工业废水处理的科技型企业。现为新奥集团成员企业天津黄埔盐化工程技术有限公司[e-mail]18622765718•2018/3/23一、复杂体系废水零排放技术的探讨理念：以废水为原料通过物理、化学手段进行分质提取，以达到变废为宝、高值化利用、废水回用或近零排放的目的。思路：废水成份分析－－理论研究（相图分析）；水的回用及可分离提取的产品标准；废水中物质的析盐规律→室内研究→工程化应用。方法：生化、氧化；膜法、电渗析；关健技术：预处理、蒸发浓缩、结晶（单效、多效、MVR）－－（主要交流）1、复杂体系废水：含有高浓度多元无机盐离子，生化性能差，难降解的废水。关健是要据废水组成、当地条件选择合适的处理工艺。[e-mail]18622765718•2018/3/23一、复杂体系废水零排放技术的探讨2、目前复杂体系废水处理存在的主要问题：缺乏废水自身规律性的研究—物性数据不全、不准；不注重整体工艺优化---面面具到，追求大而全；各处理系统间缺乏有机衔接---各自为政；关健技术应用及设计针对性较差----细节决定成败。[e-mail]18622765718工业废水污水回用分质盐回用生产用水浓盐水处理污水处理循环水站脱盐水站排污水排污水回用水生产用水浓盐水•厌氧技术•AO工艺•MBR•SBR•生物滤池•生物接触氧化•臭氧催化氧化•芬顿氧化等•软化技术•离子交换技术•超滤技术•过滤技术•反渗透技术•高效反渗透技术•多效蒸发•MVR•喷雾干燥•纳滤技术•分质结晶技术3、工业废水零排放技术选择工业废水零排放技术可应用于煤化工、石油化工、电力、钢铁、海水淡化等领域。[e-mail]18622765718•2018/3/23以煤化工废水处理为例：新奥集团煤化工废水处理工程－－全国首座分质结晶处理工程完成单位：天津黄埔盐化、新奥环保、北京永新环保、[e-mail]1862276571810液态危废湿式氧化高浓度难降解废水膜法回用处理蒸发结晶生化处理普通工业废水回用水分质盐浓盐水危废预处理超临界水氧化生化处理膜法回用处理蒸发结晶分质盐回用或外卖建材利用园区危废处理中心园区污水处理中心生产装置催化氧化低浓度难降解废水回用水灰渣新奥环保化工园区危废、废水综合处理方案园区生产企业低浓度难降解废水固态危废危废预处理等离子玻璃态熔渣部分易处理液态危废超临界水氧化等技术协同处理液态危废和固态危废，实现危废无害化处理工业废水零排放或回用，分质盐外销或转化，实现资源循环利用回用水达标排放达标排放解决方案[e-mail]18622765718•2018/3/23项目现场[e-mail]18622765718•2018/3/23关健技术—结晶粒度[e-mail]18622765718•2018/3/[e-mail]18622765718杂盐干化系统是决定能否达零排处理的关健原因：二次污染和能耗思路：低温干化技术[e-mail]186227657182017年1月13日，由新奥环保、与天津科大--天津黄埔盐化公司设计并总包的“新奥环保煤化工废水零排放及浓盐水分盐结晶”工程项目，由水资源利用专家中国工程院院士王浩等带领的专家评审组，经过现场和会议评审认定：该项技术成果拥有自主知识产权，工艺技术创新点突出，属国内首创。整体技术达到了“国际领先水平”。并建议加快此技术在全国范围内的推广应用。项目实施情况：[e-mail]18622765718代表性工程项目新奥-新能达旗二期水系统零排放项目项目位于内蒙古鄂尔多斯达拉特旗，为新能能源有限公司20万吨/年稳定轻烃配套项目，工程基本安装完成，计划。水系统包括：净水站1400m3/h；污水处理站400m3/h；回用水站700m3/h；脱盐水站1050m3/h；浓盐水分盐零排放站68m3/h；可实现废水100%零排放及盐类物质的高值化利用。工艺特点：•针对不同污水水质采用不同处理方法，提高污水处理效果；•采用先进水处理单元技术进行集成设计，实现废水零排放；•通过分质结晶分离氯化钠和硫酸钠工业级产品，实现废水的高值化利用；•多效蒸发过程利用厂区富余低压蒸汽，降低能耗，实现清洁生产；•整体考虑厂区水平衡，实现水系统优化设计。[e-mail]18622765718蒸发结晶规律---混盐溶液在相图中理论路线二、零排放工艺过程的选择物性数据研究---实验验证工艺路线及设计参数工艺路线和参数的确定[e-mail]18622765718Na2SO4－MgSO4－H2O体系30℃相图含有固体溶液的复杂相图Na22+，K22+‖Cl22－，SO42－，(NO3)22－－H2O体系干基图[e-mail]18622765718•2018/3/232018/3/232三、零排关健技术(蒸发结晶)简介1.蒸发的基本原理•蒸发：通常称借助加热作用使溶液中一部分溶剂汽化，从而使料液浓缩的过程称为蒸发。•蒸发能顺利进行的条件：是热量的不断供给和二次蒸汽（蒸发过程产生的蒸汽）的不断排除。•蒸发操作按操作压力不同可分为常压、加压和真空蒸发。真空蒸发可以降低料液的沸点，因此可以利用温度（或压力）较低的蒸汽作为热源。[e-mail]18622765718•2018/3/232018/3/2332、多效蒸发技术•根据所用能源、设备、流程不同主要可分多效蒸发、多级闪急蒸发、蒸汽机械压缩蒸发（MVR）等。•多效蒸发是最常用的蒸发方式，在MVR成熟应用以前一直是蒸发、结晶的主导工艺。•原理：多效蒸发是由单效蒸发组成的系统。将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽，并在下一效蒸发器中冷凝成蒸馏水，如此依次进行。•原料水进入系统方式：有逆流、平流（分别进入各效）、顺流（从第1效进入）和逆流预热并流进料等。[e-mail]18622765718效数单效双效三效四效五效蒸汽消耗t1.10.570.40.30.27能量消耗KWh686355244187168排入大气热量占总热量比例92%88%84%80%75%占地面积增加；蒸发效数不能无限增加。3、多效蒸发能耗与效数关系(蒸发量为1tH2O为例)低品位能量[e-mail]186227657184.1．典型的蒸发浓缩(结晶)工艺蒸发浓缩过程而言，介质发生“相变”：液相→汽相结晶分离料液预热蒸发浓缩干燥包装产品水的比热为1kcal/kg·℃。1kg的水，温度每上升1℃需要1kcal的热量。对1kg的水加热从0℃上升到100℃沸腾，仅需要100kcal的热量。将1kg100℃的水汽化，成为同温度的蒸汽，则需要539kcal热量。能耗是相当于使同样重量的水温度每升高1℃所需热量的539倍。4、ＭＶＲ蒸发结晶工艺[e-mail]186227657182458kJ1.1kg新鲜蒸汽2258kJ占92%1kg2258KJ占92%4.2蒸发能耗分析（单效1kgH2O为例)新鲜蒸汽大量热量→二次蒸汽→冷却水→大气冷却塔消耗大量循环水以及电能（泵）运行，造成三重浪费[e-mail]18622765718•2018/3/23MVR蒸发结晶装置实景图[e-mail]18622765718根据MVR热泵系统的工作原理可知，其效率取决于回收利用的潜热值与输入的机械功之间的比较。下表以常压下基本循环的状态变化为例，通过计算表明其在能源利用效率方面的优势。4.3MVR效率与分析状态/Mpa潜热/kJ·kg-1饱和蒸汽焓/kJ·kg-1耗功/kJ·kg-1热功比焓增/kJ·kg-1焓增量温升/℃温升量p10.12257.62675.190.524.921.20.8%1313%P20.16－－2696.3MVR热泵计算分析从上表可以看出，系统消耗90.5kJ/kg的压缩功，就可以回收利用2257.6kJ/kg的潜热，热功比达到了24.9。工质的热焓仅增加0.8%，但其温度提高了13%，相当于输入少量的高品位机械能，却把大量的低品位热能转化成为可资利用的高品位热能，从而提高了能源利用效率。[e-mail]18622765718MVR系统多效蒸发方式适合于处理热敏较敏感，不宜进行大温差传热的溶液蒸发，同时其也可用于蒸发量较大的工艺场合。4.4MVR多效蒸发流程工艺[e-mail]18622765718•2018/3/23MVR的运行成本及能耗与物料的特性密切相关，特别是当溶液的沸点升较高时，要求压缩机的压比高，能耗急剧增加，使得MVR的使用不再合理。MVR是一循环系统，注意各设备间的平衡!4.5MVR工艺选择注意事项：[e-mail]186227657184.5MVR系统核心流程核心主体[e-mail]18622765718MVR蒸发工艺能耗（kWh/1t蒸发量）多效蒸发效数多效蒸发能耗(标煤/1t蒸发量)使用MVR节煤效果＜40kwh（折算成标煤14.4kg）1103千克标煤86%254千克标煤73%338千克标煤61%428千克标煤49%MVR蒸发技术蒸发1吨水需要耗电为通常20-50度电（具体数值与所处理物料的物性有关）。五、MVR与多效蒸发煤耗比较[e-mail]18622765718MVR蒸发技术蒸发吨水费用（电价0.8元/kwh）多效蒸发器的效数多效蒸发技术蒸发吨水蒸汽成本（蒸汽价格：200元/吨）使用MVR节约生产成本＜32元1220元＞87.2%2114元＞75.3%388元＞64.7%466元＞52.9%MVR与多效蒸发技术生产能耗成本对比[e-mail]18622765718六、蒸发结晶在废水处理中的应用关健无机盐类物质的生产；含无机盐废水处理(废水回用、提取盐类)。注意事项：工艺选择---MVR、单效、多效蒸发及析盐规律－－水盐体系相图；系统平衡；沸点升；结晶堵管管路结垢等。1、应用：[e-mail]186227657182.工程开发所需基础•2018/3/23理论基础-----水盐体系相图研究由于含盐废水通常是由各种化工反应单元处理得到的，溶液中含有反应物、中间产物、副产物、最终产物，另外还含有少量的低沸点有机组分、高粘度组分、高沸点组分等。为了