秦 偉

(徐州水處理研究所, 江蘇徐州 221000)

1 蒸發(fā)器特點及應(yīng)用效果

某化工集團主要生產(chǎn)尿素、合成氨、甲醇、催化劑等化工產(chǎn)品。在催化劑生產(chǎn)車間有一股高總氮含量廢水，總氮質(zhì)量濃度高達(dá)14 000 mg/L左右(其中氨氮質(zhì)量濃度為7 000 mg/L、硝氮質(zhì)量濃度為7 000 mg/L)。該股污水如果用生化法很難處理，用化學(xué)法處理則費用很高且不一定能達(dá)標(biāo)[1-2]。經(jīng)過多方考察論證后最終選擇采用多效蒸發(fā)裝置。多效蒸發(fā)裝置既能解決污水難處理的問題又能回收廢水中的污染物，使其變成產(chǎn)品，增加經(jīng)濟效益。

多效蒸發(fā)裝置主要是處理催化劑廠01、02生產(chǎn)催化劑工段高總氮含量廢水，廢水體積流量為200～250 m3/d。該廢水主要是由催化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)品洗滌產(chǎn)生的，由于在生產(chǎn)催化劑的過程中使用了硝酸和氨水，所以洗滌廢水中含有大量的氨氮和硝氮，是典型的高氨氮含量、高總氮含量、高硝氮含量的廢水，同時含有少量的重金屬離子，如鐵、鉻、銅、鋅等。高總氮含量的廢水先經(jīng)過高效過濾器過濾雜質(zhì)，再經(jīng)過吸附器去除鐵、鉻等重金屬，目的是使蒸發(fā)后硝酸銨純度更高，廢水在蒸發(fā)器內(nèi)將硝酸銨濃縮到65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)左右，存入儲罐，按比例投加粉塵尿素后作為液體肥外銷或作為其他肥料的原料[3-4]。

2 設(shè)計工藝參數(shù)

過濾器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)見表1。

表1 過濾器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)

吸附器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)見表2。

表2 吸附器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)

蒸發(fā)器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)見表3。

表3 蒸發(fā)器進(jìn)出口設(shè)計指標(biāo)

3 工藝流程

回收催化劑生產(chǎn)廢水中硝酸銨的工藝流程見圖1。

圖1 回收催化劑生產(chǎn)廢水中硝酸銨的工藝流程

催化劑高氨氮含量廢水經(jīng)過高效過濾器過濾懸浮物、膠體等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過專用吸附器去除污水中含有的少量鐵、鉻等重金屬元素。廢水由上部進(jìn)入過濾器，經(jīng)濾層后水從下部流出，高效過濾器內(nèi)裝填精制石英砂作為濾料，通過來水壓力提高過濾精度。當(dāng)過濾一定水量后，污染物影響透水量，壓差變大，這時需要反洗。反洗時水由底部進(jìn)入過濾器，壓緊的濾料由于重力自動松開；通過反向沖洗，濾料表面及內(nèi)層積泥從上部反沖出罐體然后循環(huán)使用。

吸附器是利用離子交換有選擇性地除去水中有害、有干擾的離子。經(jīng)過氫離子交換后，水中的鈣、鎂、鈉、鐵、鉻根被交換劑中的氫離子置換出來，使水凈化[5-6]。相關(guān)反應(yīng)式如下：

2HR+Ca2+=CaR2+2H+

(1)

2HR+Mg2+=MgR2+2H+

(2)

HR+Na+=NaR+H+

(3)

當(dāng)交換劑中大部分氫離子被交換后，吸附器(離子交換器)中的樹脂逐漸失效，需要經(jīng)過再生來恢復(fù)其活性。再生過程就是以含大量氫離子的鹽酸溶液通過失效的交換劑層，將其吸附的鈣、鎂、鈉、鐵、鉻離子置換出來，而氫離子被交換劑吸附，使交換劑重新恢復(fù)交換能力。相關(guān)反應(yīng)式為式(1)～式(3)的逆反應(yīng)。

預(yù)處理合格的廢水打入多效(三效)蒸發(fā)裝置，廢水進(jìn)入預(yù)熱器進(jìn)行蒸發(fā)前的預(yù)熱，達(dá)到一定溫度后進(jìn)入加熱器。加熱器分為三效加熱，采用降膜逆流加熱蒸發(fā)方式，有利于汽水充分混合，蒸汽被充分利用，提高了蒸發(fā)效率，節(jié)省運行成本。待蒸發(fā)器內(nèi)的硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到65%左右，打入提濃水箱進(jìn)行存儲。液位達(dá)到設(shè)置高度后打到攪拌混合罐，按比例投加粉塵尿素或成品尿素混合合格后打入成品儲罐作為液體肥外銷或作為生產(chǎn)其他復(fù)合肥的原料。

4 工藝特點

(1)化工廢水成分比較復(fù)雜，鹽分為硝酸銨，在料液蒸發(fā)過程中，成套設(shè)備選用強制循環(huán)蒸發(fā)器。強制循環(huán)蒸發(fā)裝置是一種高效、抗鹽析、抗結(jié)疤結(jié)垢的蒸發(fā)裝置，系統(tǒng)用軸流泵輸送液體，迫使液體以較高速度流過加熱元件，使流動的推動力與傳熱、汽化、氣液分離的功能分開，設(shè)備的換熱效率高，在真空、多效條件下操作的適用性很突出。

(2)原料液經(jīng)過乏汽預(yù)熱后依次進(jìn)入三效蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)濃縮，到達(dá)一定濃度后經(jīng)出料泵輸送至下一工序。

(3)加熱介質(zhì)采用飽和水蒸氣，直接進(jìn)一效加熱室對物料進(jìn)行加熱，一效分離室蒸發(fā)出的二次蒸汽進(jìn)入二效加熱室作為二效加熱室的熱源，二效加熱室蒸發(fā)出的二次蒸汽進(jìn)入三效加熱室作為三效加熱室的熱源，三效加熱室蒸發(fā)出的二次蒸汽進(jìn)入間接冷凝器進(jìn)行冷凝回收，經(jīng)冷凝水泵輸送至界外進(jìn)行工藝水回用。不凝氣經(jīng)真空泵排出界外。

(4)一、二、三效蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝水回收至冷凝水罐，經(jīng)冷凝水泵輸送至界外進(jìn)行工藝水回用。

(5)裝置多采用長管式或無動力蒸發(fā)器，裝置裝機功率小，設(shè)備的故障率低。

(6)采用預(yù)熱器預(yù)熱原料，可以降低生蒸汽的消耗，以達(dá)到節(jié)省能源的目的。

(7)沖堵水或煮效水采用高溫的冷凝水，確保不降低進(jìn)料溫度，以降低生蒸汽耗量。

(8)二效加熱室產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入到三效加熱室殼程閃蒸，充分利用了蒸汽的顯熱、潛熱，節(jié)約了生蒸汽消耗，降低了設(shè)備的運行成本。

5 結(jié)語

經(jīng)過2年多的運行，多效蒸發(fā)裝置各設(shè)備運行穩(wěn)定，各項工藝控制參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，蒸發(fā)器進(jìn)料流量和蒸發(fā)后出料濃度均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。該多效蒸發(fā)裝置為新型高效的逆流降膜循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng),易實現(xiàn)自動控制與操作自動化，安全程度高，操作方便可靠。裝置運行成本低，穩(wěn)定節(jié)能，安全環(huán)保，與其他蒸發(fā)器相比投資省，經(jīng)濟效益可觀，是變廢為寶、節(jié)能降耗的好設(shè)備。在高氨氮含量廢水處理和濃縮回收項目上值得推廣和使用。