CN104628208B - 一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，1）首先去除气相空间内的不凝气，通过压力差使硫酸钠废水水分汽化并通过气相通道向溴化锂溶液表面流动，含硫酸钠高盐废水蒸发降温浓缩结晶；2）晶浆分离出芒硝和母液，母液依次经热交换和浓缩得到浓缩母液和淡水，浓缩母液与新进入的含硫酸钠废水一起进入结晶器中重复步骤1）和2）；3）溴化锂稀溶液泵送至蒸发器中，加热蒸发形成溴化锂浓溶液重新返回吸收器中。本发明在低温条件下实现蒸发结晶，无需低温冷源和间壁换热设备，节省能耗。本发明可实现结晶产品芒硝回收和淡水回用，进而达到含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的目的，整个过程易于操作。

Description

一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理及资源化利用的方法，特别涉及到一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的技术，属于废水处理技术领域。

背景技术

化工、电力、冶金等行业的外排废水中含大量的盐分，尤其是在水处理中，因水软化工艺会引入大量的SO₄ ^2-等离子，使得外排废水中含大量硫酸钠。这些高盐废水若直接外排会造成突然盐碱化，破坏生态环境，因此对诸如此类高盐废水进行处理，实现其零排放，以及将其变废为宝进行资源化利用，具有深远的意义。

对于此类含硫酸钠高盐废水的处理目前通常采用热法处理工艺、膜法浓缩处理工艺。

热法处理工艺主要有外加热式蒸发结晶工艺和间壁式冷却结晶工艺。外加热式蒸发结晶工艺通常需要用生蒸汽提供热源，工艺耗能高，而间壁式冷却结晶工艺则需要冷媒提供冷源并通过间壁冷却的方式移走结晶热，该方法存在热阻大、能耗高、结晶附壁，不容易控温等不足。

膜法浓缩处理工艺具有易操作，能耗费用较低的优点，但是仅仅只能将硫酸钠废水进一步提缩，同时产出淡水，但不能实现硫酸钠废水的零排放。

发明内容

针对现有含硫酸钠高盐废水处理存在的能耗高、热阻大、结晶在冷媒间壁管上附壁的不足，本发明的目的是提供一种能耗低、易于操作、能够实现含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，本方法预先设置气相连通的结晶器与吸收器，吸收器中加入有溴化锂溶液；步骤如下：

1）首先去除本方法涉及到的所有气相空间内的不凝气，以启动本方法；将浓度不低于150g/L的含硫酸钠高盐废水经冷却后引入结晶器中，由于溴化锂溶液的强吸湿性，使结晶器内硫酸钠废水表面水蒸气压力比吸收器内溴化锂溶液表面水蒸气压力至少高80Pa，在此压力差推动下，使得硫酸钠废水水分汽化成水蒸气并通过气相连通通道向溴化锂溶液表面流动，从而使含硫酸钠高盐废水表面蒸发、降温浓缩结晶，得到晶浆，硫酸钠废水蒸发所需的潜热由溶液自身释放的显热提供；

2）将结晶器下部的晶浆引出并通过离心分离出芒硝和母液，芒硝作为产品回收利用；母液通过预热器与第1）步进入结晶器前的含硫酸钠高盐废水进行热交换，使母液温度升高，含硫酸钠高盐废水降至需要温度；热交换后的母液再通过膜分离***得到浓缩母液和淡水，浓缩母液中硫酸钠浓度控制在150g/L以上，淡水直接回收利用，浓缩母液与新进入待处理的含硫酸钠高盐废水一起通过预热器循环不断地与母液热交换降温，降温后再进入结晶器中重复步骤1）和2）；

3）吸收硫酸钠废水水蒸气后的溴化锂溶液稀释形成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液通过泵送至蒸发器中，通过加热蒸发浓缩后形成溴化锂浓溶液重新返回吸收器中，以维持连续吸收的过程，蒸发产生的水蒸气冷凝后得到的冷凝水直接回收利用；溴化锂稀溶液蒸发产生的水蒸气与溴化锂溶液吸收硫酸钠废水水蒸气维持平衡。

在吸收器与蒸发器之间设有换热器，通过换热器使溴化锂稀溶液和溴化锂浓溶液两者热交换，通过热交换，溴化锂稀溶液浓缩前预热，溴化锂浓溶液返回前得以冷却。

吸收器中的溴化锂溶液初始温度不高于30℃，质量分数（浓度，下同）高于53%；进入结晶器中的硫酸钠废水温度不低于15℃；浓度不低于150g/L。

蒸发器加热的热源为温度高于80℃的工业废热。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明使硫酸钠废水在低温条件下实现蒸发结晶，无需低温冷源和间壁换热设备，节省能耗，同时亦避免了间壁换热中结晶附壁的不足。

2、本发明可实现结晶产品芒硝回收和淡水回用，进而达到含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的目的。

3、本发明利用溴化锂溶液吸湿致硫酸钠废水蒸发吸热实现制冷，蒸发结晶过程的操作温度容易控制，整个过程易于操作。

附图说明

图1-本发明处理示意图。

图中，1-膜分离***；2-预热器；3-结晶器；4-离心分离器；5-吸收器；6-泵；7-换热器；8-蒸发器；9-冷凝器；10-冷凝水储槽；11-真空泵。

具体实施方式

本发明技术思想为：利用溴化锂溶液强吸湿性实现含硫酸钠高盐废水低温蒸发浓缩结晶，结晶器中硫酸钠废水水分蒸发，蒸发所需的潜热由溶液自身释放的显热提供，使得硫酸钠废水降温浓缩结晶。蒸发的水分被吸收器中溴化锂溶液吸收，蒸发过程所需的推动力为硫酸钠废水表面的水蒸气压力与溴化锂溶液表面水蒸气压力之差。在本发明所述的范围内进入结晶器的硫酸钠废水浓度不低于150g/L，温度不低于15℃；溴化锂溶液质量分数高于53%，温度不超过30℃，在过程推动力不低于80Pa的条件下，可实现硫酸钠废水蒸发浓缩结晶，晶浆通过离心分离出芒硝和母液。芒硝作为产品回收，母液经预热器回收冷量，并通过膜分离***提浓，淡水回用，浓缩母液返回蒸发结晶***中，从而含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的目的。

下面结合图1对本发明做进一步详细说明。

本方法涉及到的主要设备有膜分离***1、预热器2、结晶器3、离心分离器4、吸收器5、泵6、换热器7、蒸发器8、冷凝器9、冷凝水储槽10和真空泵11，其连接关系见图1。

本方法预先在吸收器中加入有溴化锂溶液；具体实现步骤如下，

1）首先去除本方法涉及到的所有气相空间内的不凝气，实际通过真空泵11抽真空方式去除不凝气，以启动本方法，将浓度不低于150g/L的含硫酸钠高盐废水经冷却后引入结晶器中，由于溴化锂溶液的强吸湿性，通过去除所有气相空间内的不凝气，使结晶器3内硫酸钠废水表面水蒸气压力比吸收器5内溴化锂溶液表面水蒸气压力至少高80Pa，在此压力差推动下，使得硫酸钠废水水分汽化成水蒸气并通过气相连通通道向溴化锂溶液表面流动，从而使含硫酸钠高盐废水表面蒸发、降温浓缩结晶，得到晶浆，硫酸钠废水蒸发所需的潜热由溶液自身释放的显热提供。

2）将结晶器下部的晶浆通过泵引出并通过离心分离器4分离出芒硝和母液，芒硝作为产品回收利用；母液通过预热器2与第1）步进入结晶器前的含硫酸钠高盐废水进行热交换，使母液温度升高，含硫酸钠高盐废水降至需要温度；热交换后的母液再通过膜分离***1得到浓缩母液和淡水，浓缩母液中硫酸钠浓度控制在150g/L以上，淡水直接回收利用，浓缩母液与新进入待处理的含硫酸钠高盐废水一起通过预热器2循环不断地与母液热交换降温，降温后再进入结晶器3中重复步骤1）和2）。

3）吸收硫酸钠废水水蒸气后的溴化锂溶液稀释形成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液通过泵6送至蒸发器8中，通过加热蒸发浓缩后形成溴化锂浓溶液重新返回吸收器5中，以维持连续吸收的过程。实际实施时，蒸发器8加热的热源为温度高于80℃的工业废热（如工业冷凝水）。蒸发产生的水蒸气通过冷凝器9冷凝后得到的冷凝水直接进入冷凝水储槽10储存以回收利用，真空泵11与冷凝水储槽10连接，由于***各组成部分都是封闭连接，因此真空泵11能够将整个***中的不凝气抽出形成真空；溴化锂稀溶液蒸发产生的水蒸气与溴化锂溶液吸收硫酸钠废水水蒸气维持平衡。

为维持热平衡，在吸收器5与蒸发器8之间设有换热器7，通过换热器7使溴化锂稀溶液和溴化锂浓溶液两者热交换，通过热交换，溴化锂稀溶液浓缩前预热，溴化锂浓溶液返回前得以冷却。

为了使结晶器内硫酸钠废水表面水蒸气压力比吸收器内溴化锂溶液表面水蒸气压力至少高80Pa，本方法吸收器中的溴化锂溶液初始温度不高于30℃，质量分数高于53%；进入结晶器中的硫酸钠废水温度不低于15℃；浓度不低于150g/L。

本发明的特点：

1）结晶器与吸收器气相相通，使结晶器中的硫酸钠废水上方的水蒸气压力至少高于吸收器中溴化锂溶液上方水蒸气压力80Pa，在此压差推动下，使得硫酸钠废水水分汽化成水蒸气并通过气相连接区向溴化锂溶液表面流动，从而使硫酸钠废水在低于10℃的条件下蒸发降温浓缩结晶。可能因为***密封性问题，***运行一段时间后会出现压力差达不到80Pa，这种情况下，可以再进行抽真空以恢复压力差的要求。

2）吸湿后的溴化锂稀溶液通过泵送至蒸发器中，利用温度高于80℃的工业废热（如工业冷凝水）加热蒸发浓缩后返回至吸收器中，以维持连续吸收的过程。

3）结晶器引出的晶浆通过离心分离出芒硝和母液，芒硝作为产品回收，母液经预热器回收冷量，并通过膜分离***提浓后返回至蒸发结晶***中，实现连续的母液提浓和淡水回用。

本发明的技术要点：

1）含硫酸钠高盐废水与提浓后的母液经预热器冷却到不低于15℃后，进入结晶器中；

2）硫酸钠废水上方的水蒸气压力至少高于吸收器中溴化锂溶液上方水蒸气压力80Pa，在此压差下，推动水蒸气连续从硫酸钠废水表面流动至溴化锂溶液表面，从而实现硫酸钠废水在低于10℃的条件下蒸发浓缩结晶；

3）吸收器中吸湿后的溴化锂稀溶液通过泵送至蒸发器中，利用温度高于80℃的工业废热（如工业冷凝水）加热蒸发浓缩后返回至吸收器中；

4）溴化锂稀溶液（冷）与溴化锂浓溶液（热）间通过换热器，实现溴化锂稀溶液浓缩前的预热和溴化锂浓溶液冷却；

5）蒸发器中产生的蒸汽通过冷凝器冷凝，冷凝水回用；

6）结晶器引出的晶浆通过离心分离器分离出芒硝后，母液经预热器回收冷量，并通过膜分离***提浓后与含硫酸钠废水一起进入蒸发结晶***，膜分离***产的淡水回用。

实施例：含硫酸钠高盐废水处理项目，在吸收器中溴化锂溶液温度为20~30℃，质量分数为53%~57%的条件下，温度低于30℃、浓度为200g/L的硫酸钠废水，与提浓后的母液一起经预热器后，在结晶器中低于10℃的条件下蒸发浓缩结晶，得到产品芒硝，母液经膜分离后得到的浓缩母液浓度高于150g/L，产出电导率小于200ìS/cm的淡水。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，其特征在于：本方法预先设置气相连通的结晶器与吸收器，吸收器中加入有溴化锂溶液；步骤如下：

1）首先去除本方法涉及到的所有气相空间内的不凝气，以启动本方法；将浓度不低于150g/L的含硫酸钠高盐废水经冷却后引入结晶器中，由于溴化锂溶液的强吸湿性，使结晶器内硫酸钠废水表面水蒸气压力比吸收器内溴化锂溶液表面水蒸气压力至少高80Pa，在此压力差推动下，使得硫酸钠废水水分汽化成水蒸气并通过气相连通通道向溴化锂溶液表面流动，从而使含硫酸钠高盐废水表面蒸发、降温浓缩结晶，得到晶浆，硫酸钠废水蒸发所需的潜热由溶液自身释放的显热提供；

2）将结晶器下部的晶浆引出并通过离心分离出芒硝和母液，芒硝作为产品回收利用；母液通过预热器与第1）步进入结晶器前的含硫酸钠高盐废水进行热交换，使母液温度升高，含硫酸钠高盐废水降至需要温度；热交换后的母液再通过膜分离***得到浓缩母液和淡水，浓缩母液中硫酸钠浓度控制在150g/L以上，淡水直接回收利用，浓缩母液与新进入待处理的含硫酸钠高盐废水一起通过预热器循环不断地与母液热交换降温，降温后再进入结晶器中重复步骤1）和2）；

3）吸收硫酸钠废水水蒸气后的溴化锂溶液稀释形成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液通过泵送至蒸发器中，通过加热蒸发浓缩后形成溴化锂浓溶液重新返回吸收器中，以维持连续吸收的过程，蒸发产生的水蒸气冷凝后得到的冷凝水直接回收利用；溴化锂稀溶液蒸发产生的水蒸气与溴化锂溶液吸收硫酸钠废水水蒸气维持平衡。

2.根据权利要求1所述的含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，其特征在于：在吸收器与蒸发器之间设有换热器，通过换热器使溴化锂稀溶液和溴化锂浓溶液两者热交换，通过热交换，溴化锂稀溶液浓缩前预热，溴化锂浓溶液返回前得以冷却。

3.根据权利要求1所述的含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，其特征在于：吸收器中的溴化锂溶液初始温度不高于30℃，质量分数高于53%；进入结晶器中的硫酸钠废水温度不低于15℃；浓度不低于150g/L。

4.根据权利要求1所述的含硫酸钠高盐废水零排放及资源化利用的方法，其特征在于：蒸发器加热的热源为温度高于80℃的工业废热。