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化工过程三大平衡概念 对废水零排放系统的设计和运行指导

发布日期:2018-01-15 作者:高浓度氨氮 点击:

一、     废水零排放的处理工艺基本有下面几种:
1.   预处理+膜浓缩+蒸发结晶:一般废水的处理工艺。
2.   预处理+膜浓缩+蒸发浓缩+干燥固化:用于难结晶废水。
3.   预处理+膜浓缩+蒸发浓缩+冷却(冷冻)结晶:温度敏感类溶质结晶。
4.   预处理+蒸发浓缩+冷却(冷冻)结晶:高浓度废液,母液类废水。
 
二、     水处理零排放装置和化工装置的类比和异同
     这些装置有别于传统的以生化处理为主的水处理装置,在化工,精细化工,制药,表面处理,电子,电镀的水处理系统的污染物浓度高,盐分高,故结晶去除TDS无法避免。

因素普通水处理装置零排放装置化工装置
主要工艺过滤
澄清,
沉淀
气浮
中和
生化
膜分离
蒸发结晶
干燥
高级氧化
电解催化
分馏
吸附
反应沉淀分离
合成
蒸发
结晶
干燥
高级氧化
电解催化
分馏
吸附
过程条件常温常压,无明显化学反应较高温度
较高压力
有化学反应
较高温度
较高压力
有化学反应
处理浓度COD和盐分较低COD/盐分较高
有时物料浓度高
近似水溶液
物料,或混合物料,水溶液
适用行业市政,民用以上化工类行业

     零排放装置的核心技术是合理在成本条件下将水和污染物分离,以至于无或近似于无液体零排放,并能长期稳定运行。在此过程中用到上表中各种工艺,可以看出,零排放装置更多类似于化工装置。
 
三、    现阶段 零排放装置的主要存在问题及对策
 
1,  观念问题:废水零排放在很多化工企业来说是必须要做的,但担心投资太大,不堪重负。
2,  性价比问题:投入和企业利润不匹配,近年的制造业效益大幅度下滑,如无物料回收做为补偿,则不能承担。
3,  技术问题:现在工艺单元中,各个工段单独运行均能实现,但整体运行的效果比较差,简言之:不能长期稳定运行。
4,  行业配套问题:最低价招标得到的结果是大家共知的,很多环保设施是名义上的,这在早期是情况更多,造成对环保企业的不良印象甚至误解。
     运行过程中的问题较多,一是设备质量问题,二是工艺设计问题,工程上马时的预期水质和实际水质相差较大,导致指标和效果不达标。三是服务的问题,调整不及时,小的问题积累成为大问题,导致设备带病运行,以至于报废,习惯成自然。
     综上所述,零排放装置的问题首先不是硬件问题,也不是一个案例可以简单拷贝即能完成的工作。在化工历史上,装置投产过程遇到无限量的问题,这就源于装置的复杂性,应用系统的观点来对待。
 
四、    零排放装置设计的工艺路线
     简言之,废水中的任何物质都要通过本装置进行分离,水中的组成分为三大类:水,物料,杂质,一般其中的水是主要组分,回用,物料同样也要回用,杂质分离后按法规处置。
 

分离物质分离方法案例
 
 
物料:有机物,
部分蒸发+渗透汽化+反渗透合成油废水
特种反渗透膜醋酸废水
渗透汽化+反渗透甲醛废水
特种反渗透膜乙二醇废水
NF或RO氨基酸
盐类,NaCl为主RO+蒸发+结晶焦化废水
Na2SO4为主RO+蒸发+冷却结晶煤化工废水
高有机物杂盐RO+喷雾干燥

 
五、    三大平衡的设计和运行指导
1.   物料平衡:废水和其中所含杂质在工艺入口和出口中的平衡,在环保行业中有水平衡的概念,指合理安排或配置全厂不同的用水点,不同的用水水质,为中水回用而进行的平衡处理,而零排放装置并非只有水平衡,这里更加侧重于水中的溶解物如何达到分离和平衡态运行,更加类似于化工生产,水及各种溶解物视为物料。这在设计过程中要考虑:
1)   初始水质的全分析,各溶解物质的浓度及特性
2)   不同工段的水分离率,浓度变化
3)   添加剂导致的新物质的生成及分离工艺的变化
4)   添加剂导致的浓度变化
5)   浓度变化导致的新物质生成及其物性
    添加剂一般指:酸碱调节剂,清洗剂,阻垢剂,杀菌剂,还原剂,絮凝剂,设备消耗性元件如电极溶解物等等。

2.   能量平衡需要考虑的因素:
1)   运转设备,机泵的电力消耗
2)   温度对处理效果的影响,RO脱盐在冬季是否需要加温
3)   加热/冷却对系统能量的消耗,蒸汽和电力的总量设计
4)   热量耦合对工艺的优化,冷凝过程的热量回用
5)   蒸发过程中物性对应的焓值,挥发性有机物在蒸馏过程中的热量需求
6)   高盐度废水在不同浓度下沸点升对热量的需求及蒸发潜热的变化
7)   结晶过程的热量平衡,结晶物质的物性,结晶热的焓值对热量的需求
8)   干燥过程对热量的需求。
 
3.   相平衡:
    零排放过程中,随着废水的处理浓缩,废水越远离平衡态,不同阶段必须考虑不同的平衡方案,非平衡态的表现:结垢,污堵,能耗增加:
1)   挥发性物质
2)   共沸物的平衡及分离
3)   结垢性物质
4)   严格结晶物质
5)   非严格结晶物质
6)   不结晶物质
7)   高浓度有机物杂质
8)   母液类废水(废液)
    汽车的良好运行依赖于维修行业的存在,同理,零排放装置的稳定运行是一个比较复杂的过程,等同于化工过程中的生产装置,必依赖于相关的服务,如业主没有这样的能力,则需要找到合适的合作商,进行设计建造和运行。


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