高盐废水零排放@资源化回收硫酸钠项目

高盐废水零排放@资源化回收硫酸钠项目

高盐度废水通常指总溶解性固体物（TDS）含量介于30000至90000mg/l的废水。此类废水普遍含有大量Cl-、SO42-、Na+等无机盐类离子，以及Ca2+、Mg2+、NH4+、HCO3-等易发生化学反应形成沉淀的离子，同时含有化学需氧物（COD）、悬浮物（SS）等杂质。若此类废水未经处理直接排放至水体，将导致水体富营养化、藻类过度繁殖，进而引发水质恶化，对鱼类等水生生物造成大量死亡。目前，预处理、膜浓缩、分盐和杂质处理的组合工艺较为普遍，但如何实现资源化并降低处理成本，需依据具体水质情况选择适宜的工艺。

一、原料及进水水质

以厂区工高盐废水的各项水质指标如下表所示：

 

二、废水水质分析

2.1 根据物料成分可以估算出各物质的含量，结合各种物料的物性分析水质情况

2.2 通过实验测量模拟蒸发过程物料温度、pH、起泡沫情况、沸点变化、出盐时间、固含等有效数据准确定位工艺落线。

2.3 基础物性数据查询

A、硫酸盐的密度

B、硫酸盐的沸点

C、硫酸盐的溶解度

D、硫酸钠水溶液平衡情况

三、硫酸钠盐品质要求

根据水质成分分析，废水中主要含有硫酸钠，浓度约为4%，其他成分总量不超过1%。设计要求回收的硫酸钠纯度需达到《T/CCT001-2019煤化工副产工业硫酸钠》A类一等品标准，相较于《工业无水硫酸钠》(GB6009-2014)中的二类合格品标准有所提高。具体品质要求如下：

 

四、设计分析

1. 设计原则：设计需满足国家及建设地对安全、节能、消防、职业卫生等方面的要求，环境保护设计应实现源头控制与末端治理相结合，贯彻治理三废、减少污染、坚持资源节约和环境友好的原则。

2. 总工艺路线：根据废水成分，本设计采用MVR蒸发浓缩、冷冻结晶和混盐蒸发结晶处理的工艺路线。鉴于废水中含有一定量的钙镁，浓缩阶段采用强制蒸发器。蒸发水量控制在出盐前，确定蒸发量是浓缩阶段设计的关键，主要依据物理性质数据和实验数据，结合成熟设计者的经验分析。结合物料温升情况，采用约80℃的蒸发温度，压缩机温升16℃。

3. 冷冻阶段：结晶温度选取不低于0℃，因纯硫酸钠溶液的冰点为-0.9℃。在-0.9℃时硫酸钠溶解度最低，温度继续降低则溶液开始析出冰晶，硫酸钠浓度增加，此为冷冻浓缩原理。设计考虑过冷度Δ=1～2℃，在此温度下洗出大量芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）。芒硝经离心脱水分离后，用蒸发冷凝水热溶成溶液，送至硫酸钠重结晶蒸发单元，离心脱水、干燥后包装外售，实现资源化。冷冻母液经回收冷量后排入混盐结晶系统。生产无水硫酸钠的收得率为85%，纯度达到工业无水硫酸钠Ⅱ类合格品以上，实际生产中依据设计数据结合现场情况控制出料点，确保回收不低于85%的硫酸钠。

4. 混盐蒸发结晶阶段：为保证结晶盐品质，需去除蒸发浓缩过程中富集的硝酸根、钙、镁、硅、氟、有机物等杂质，同时尽可能回收水中的盐分，降低系统杂盐率，特设置混盐蒸发结晶单元。采用单效强制蒸发器处理冷冻结晶工段产生的母液和硫酸钠重结晶外排的母液，杂盐率小于15%。

 

五、材质选择

项目废水中阴离子以硫酸根为主，选择设备材质时需综合考虑溶液的腐蚀性、温度、浓度及经济性等因素。316L材质适用于中性或弱酸性硫酸钠工况，综合平衡初次造价及耐腐蚀性，与物料接触的材质可选用双相不锈钢2205材质/不锈钢316L材质，与二次蒸汽及其冷凝水接触材质选用不锈钢304等材质。

六、低运营成本策略

蒸发浓缩系统采用MVR蒸发器，最大限度地节能降耗，蒸发1吨水的能耗约为传统三效蒸发能耗的1/5，显著降低运行成本。

冷冻阶段硫酸钠连续结晶器在生产工艺中，结晶母液需返回套用。高温硫酸钠溶液通过换热器预冷至适当温度后送入连续结晶器。终点结晶温度要求为零上时通常采用单级结晶器，若结晶终点温度在零下且硫酸钠溶液量较大、换热负荷较大时，通常采用双级结晶器，以降低系统冷源负荷。

合理设计冷冻脱硝系统，可大量回收冷冻结晶过滤后低温母液中的冷量，显著降低冷冻机组的投资和电力消耗。