三元前驅(qū)體廢水處理技術(shù)
三元?jiǎng)恿﹄姵夭牧锨膀?qū)體(簡(jiǎn)稱“三元前驅(qū)體”)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水水質(zhì)復(fù)雜,處理難度大。傳統(tǒng)工藝成本高,效果差。作者采用吹脫+反滲透膜+MVR工藝處理該類廢水,并介紹了其可行性和優(yōu)點(diǎn)。
1.三元前驅(qū)體廢水的傳統(tǒng)處理工藝
1.1三元前驅(qū)廢水的性質(zhì)
三元前驅(qū)體通常由三元液體(硫酸鎳、鈷、錳的混合溶液)、液堿和氨水在液相中在一定條件下合成,然后經(jīng)陳化、固液分離、流水洗滌、干燥、過(guò)篩、除鐵、包裝制成成品。固液分離和流水洗滌分別產(chǎn)生母液和洗滌水,其中三元前驅(qū)體母液pH為12 ~ 13,金屬離子(Co2++Ni2++Mn2+)質(zhì)量濃度約為100mg/L,氨氮約為5 ~ 10 g/L,硫酸鈉約為100 ~ 150g/L;洗滌水pH 6 ~ 8,金屬離子(Co2++Ni2++Mn2+)質(zhì)量濃度約20mg/L,氨氮約1 ~ 2 g/L,硫酸鈉約10 ~ 15 g/L,每1t三元前驅(qū)體產(chǎn)生母液約15m3,洗滌水約10m3,水量較大。母液和洗滌水水質(zhì)基本相同,但濃度差異大,導(dǎo)致處理工藝難度大,成本高,效果差。
1.2傳統(tǒng)處理流程
1.2.1汽提+冷凍結(jié)晶工藝
母液和洗滌水混合均勻后,采用反萃工藝處理回收的氨水循環(huán)使用,重金屬(Co2++Ni2++Mn2+)生成氫氧化物[CO (OH) 2+Ni (OH) 2+Mn (OH) 2]。調(diào)節(jié)反萃排水的pH值后,通過(guò)冷凍結(jié)晶過(guò)程回收硫酸鈉。工藝流程簡(jiǎn)單,但洗滌水與母液混合后廢水中氨氮降低,影響了吹脫法回收氨氮的效率。同時(shí)需要增加汽提的設(shè)計(jì)處理能力,增加了汽提的投資和運(yùn)行費(fèi)用。采用冷凍結(jié)晶工藝時(shí),硫酸鈉去除率約為50%,排水中含鹽量約為50g/L,難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2.2汽提+傳統(tǒng)脫氨+冷凍結(jié)晶工藝
在此過(guò)程中,母液和洗滌水分開(kāi)處理。母液汽提工藝去除氨氮后,冷凍結(jié)晶工藝去除硫酸鈉。洗水采用傳統(tǒng)的氨氮廢水處理工藝,如生化法、吹脫法、斷點(diǎn)氯化法和化學(xué)沉淀法。但生物處理占地面積大,洗水含鹽濃度高會(huì)抑制微生物,導(dǎo)致處理效率降低。吹脫法、斷點(diǎn)氯化法和化學(xué)沉淀法存在處理效果差、成本高、二次污染等問(wèn)題。傳統(tǒng)工藝已不能滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
傳統(tǒng)的處理工藝存在處理效率低、運(yùn)行費(fèi)用高、硫酸鈉回收率低、排水含鹽量高和二次污染等問(wèn)題。因此,采用新工藝處理三元前驅(qū)體廢水迫在眉睫。
2.汽提+反滲透膜+MVR組合工藝介紹
2.1工藝流程
該方案的總體工藝流程如圖1所示。
從圖1中可以看出,母液和洗滌水被分別收集和處理。母液經(jīng)汽提系統(tǒng)處理,進(jìn)入汽提塔前調(diào)節(jié)pH≥12(母液原pH一般為12 ~ 13,滿足進(jìn)水要求),使氨以游離狀態(tài)存在于水中,然后送入汽提精餾塔,塔底通入蒸汽,蒸發(fā)水中的氨, 氨在塔頂換熱冷卻后冷凝成20%氨水回用,蒸氨后的液體(氨氮< 15mg/L,鈷、鎳、錳等重金屬在堿性條件下已自然沉淀),再送入過(guò)濾裝置進(jìn)行固液分離回收重金屬。 固液分離后的廢水調(diào)節(jié)至中性后,送至MVR系統(tǒng)蒸發(fā)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況,以1套2500m3/d汽提裝置為例,建設(shè)了多套汽提裝置,因?yàn)槿膀?qū)體廢水中的氯離子
機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)是將蒸發(fā)過(guò)程中的二次蒸汽通過(guò)壓縮機(jī)壓縮,使其溫度和壓力升高,并作為熱源再次加熱被蒸發(fā)物質(zhì)的一種蒸發(fā)過(guò)程,通過(guò)消耗少量電能,減少外部蒸汽的消耗,使蒸汽得到循環(huán)利用。這是一種高效節(jié)能的蒸發(fā)工藝。脫氨廢水進(jìn)入MVR后,所有廢水都可以變成蒸餾水,作為洗滌水返回生產(chǎn)車間。蒸發(fā)回收的硫酸鹽作為工業(yè)副產(chǎn)品,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。以一套2500m3/dMVR設(shè)備為例,其參數(shù)如表2所示。因?yàn)榱魅胍褐杏新入x子
洗水采用多級(jí)反滲透膜技術(shù)處理。先將pH調(diào)至5 ~ 6,送入超濾裝置去除少量懸浮物,再送入多級(jí)RO反滲透膜系統(tǒng)。膜產(chǎn)生的濃水與母液性質(zhì)相似,在汽提裝置中與母液合并處理。膜生產(chǎn)的透過(guò)液已達(dá)標(biāo),各項(xiàng)指標(biāo)接近純水,可作為產(chǎn)品洗滌水用于生產(chǎn)。以5000m3/d反滲透膜系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行為例。設(shè)備的主要參數(shù)見(jiàn)表3。其運(yùn)行成本約為9元/m3,主要成本為電費(fèi)。
2.2過(guò)程效應(yīng)
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的持續(xù)跟蹤檢測(cè),本項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物氨水、硫酸鈉、蒸餾水、膜透過(guò)液等,均符合工藝回用及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求,完全可以回收用于生產(chǎn)和銷售。相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4 ~表6。
3.汽提+反滲透膜+MVR組合工藝的可行性
采用吹脫+反滲透膜+MVR組合工藝處理三元前驅(qū)體廢水,可實(shí)現(xiàn)廢水中氨和重金屬的回收和循環(huán)利用。副產(chǎn)品硫酸鈉可作為化工原料出售;副產(chǎn)物蒸餾水作為產(chǎn)品洗滌水返回生產(chǎn)過(guò)程。該工藝路線實(shí)現(xiàn)了廢水處理的全循環(huán)利用,是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)工藝路線。可以變廢為寶,更大程度上實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用,設(shè)計(jì)生產(chǎn)完全符合新時(shí)代綠色發(fā)展理念的要求。
以20000t/a三元前驅(qū)體生產(chǎn)規(guī)模為例,按照廢水處理全循環(huán)模式,母液和洗滌水混合處理和分離處理的成本分析見(jiàn)表7。
從表7可以看出,與母液水和洗水聯(lián)合處理的汽提+MVR工藝相比,在初期設(shè)備投資僅為100萬(wàn)元的情況下,該組合工藝每年可降低運(yùn)行費(fèi)用約730萬(wàn)元,在運(yùn)行費(fèi)用上具有明顯優(yōu)勢(shì),經(jīng)濟(jì)可行,具有推廣使用的意義。(來(lái)源:荊門(mén)格林美新材料有限公司)
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