膜法加蒸發廢水零排放工藝設計
一、混鹽工藝技術
混鹽工藝是高鹽廢水零排放工藝設計中常用的處理技術,通過超濾、蒸發結晶和混鹽干燥,將高鹽廢水轉化為混鹽和冷凝水。
超濾預處理:利用超濾膜兩側的壓力差作為動力,依據機械篩分原理分離溶液和物質。超濾膜孔徑小,能有效去除廢水中的懸浮物和大分子物質,如總硅等。進入超濾組件的廢水,在壓力作用下,一部分形成超濾液體流出,另一部分則成為濃縮液體排出。此過程相對穩定平衡,超濾膜產水率可達 95% 左右,剩余的小分子物質和鹽隨廢水進入蒸發結晶環節。
蒸發結晶處理:高鹽廢水中 COD 含量高,超濾無法完全去除有機物,這會導致蒸發結晶時易產生氣泡,需添加消泡劑保證蒸發工藝持續進行。同時,有機物會提高溶液沸點,影響蒸發效率,甚至使蒸發停止。蒸發結晶后,硫酸鈉和氯化鈉等物質經干燥形成固態混鹽,企業可對混鹽進行包裝,以便二次利用。雖然該技術提高了高鹽廢水的利用率,但未真正實現零排放,有待進一步創新研發。
二、分鹽工藝設計
分鹽工藝基于混鹽工藝,將固態混鹽分離為純度達標的單質結晶鹽,同時使廢水達到初級再生水水質要求,實現水和結晶鹽的重復利用,達成高鹽廢水零排放目標。以特定煤化工高鹽廢水為例,其工藝流程如下:
超濾膜預處理:高鹽廢水通過超濾膜,去除懸浮物質、總硅及大分子物質,剩余小分子物質和鹽隨廢水進入后續系統。超濾膜進水壓力達 1MPa,pH 值在 8.5 - 10 左右,配備獨立清洗系統,可與超濾作業同時進行,產水率約 95%,產水需進一步進行臭氧催化氧化處理。
臭氧催化氧化處理:主要作用是去除高鹽廢水中的有機物,防止其影響后續蒸發結晶。利用非均相臭氧催化技術,除臭氧直接氧化外,還借助臭氧在固態催化劑表面產生的羥基自由基進行氧化,氧化還原電位達 2.8V 以上,可有效降解難降解有機物。該工藝包括調節池、一級臭氧催化氧化、二級臭氧催化氧化和產水釋放池四個流程,處理后產水 COD 濃度可降至 100mg/L 以下,COD 總去除率約 80%,色度小于 10 倍。
納濾膜系統處理:常用的分鹽工藝有熱鹽分鹽技術和納濾分鹽技術。熱鹽分鹽利用變溫結晶優勢,納濾分鹽則借助納濾膜的選擇截留特性分離提取無機鹽。如在煤炭化工廢水中,陰離子多為氯離子和硫酸根離子,陽離子以鈉離子為主。臭氧催化氧化后的產水進入納濾膜環節,通過半透明的納濾膜選擇性截留二價鹽,將鹽分較高的水分成以氯化鈉為主的產水和以硫酸鈉為主的濃水。
氯化鈉和硫酸鈉結晶處理:納濾膜處理后,對氯化鈉和硫酸鈉進行結晶處理。由于產水量大,采用三效蒸發獲取氯化鈉結晶,母液排回原水以提高晶體純度,剩余冷凝水經離子檢測后回用。
結晶鹽干燥處理:獲取硫酸鈉和氯化鈉結晶鹽后,利用真空靶式干燥機進行干燥。在高真空排氣和蒸汽夾套間接加熱下,物料從干燥機上方中間加入,通過耙齒攪拌和蒸汽加熱使水分汽化,由真空泵抽出,實現結晶鹽干燥。過程中需控制溫度,避免物料氧化產生粉末。
經過上述高鹽廢水零排放工藝處理,結晶鹽和冷凝水水質需達到工業使用標準,確保硫酸鈉結晶鹽和氯化鈉結晶鹽中各項物質符合相關指標,方可投入工業應用。