合成化工高盐废水的零排放工艺设计及研究

摘要：针对某合成化工厂产生的含高浓度硝酸铵废水，设计了一套零排放处理工艺。该工艺首先对废水进行絮凝沉淀和过滤，去除重金属Cu2 + 后，采用机械蒸汽再压缩( MVR) 技术对其进行蒸发浓缩，至硝酸铵浓度≥30%。浓缩液可作为化肥企业的生产原料。MVR 冷凝水经膜过滤系统处理后，TDS≤50mg /L，回用至生产过程。

随着我国工业化进程的推进，许多生产领域像化工、纺织、农药、化肥等工业生产过程中会产生高盐废水。这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如NaCl、Na2SO4、Na2CO3等。过高的盐含量对一般微生物有较强的抑制作用，单纯的生物处理技术往往难以达到所要求的排放标准[1]。若这些高盐废水未经处理直接排放，不仅会造成环境污染，更重要的是会引起土壤的盐碱化。但如果对废水中的无机盐加以回收，既可以作为生产过程的原料、节约成本、避免资源的浪费，又可以避免环境污染，实现资源的循环使用，达到“零排放”的目的。

“零排放”是指无限地减少污染物和能源排放直至为零的活动：即利用清洁生产、3R( Reduce，Reuse，Recycle) 及生态产业等技术，实现对自然资源的完全循环利用，从而不给大气、水体和土壤遗留任何废物[2]。“零排放”在我国20 世纪70 年代已经开始摸索，直到近十年来，随着我国经济高速增长，水污染和水资源缺乏已成为经济发展的瓶颈，“零排放”才逐渐受到政府、社会的重视。本工程即针对某合成化工厂的含高浓度硝酸铵废水，采取了物化过滤、蒸发浓缩和膜提纯等工艺对其进行有效的处理和综合回收利用，实现了该股废水的真正零排放。

1 工程概况

1. 1 原水水质

该合成化工厂在生产所需催化剂的过程中，产生一定量含有铜离子、硝酸铵的废水。其水质如下：Cu2 + 54. 3 mg /L，NH +4 -N 5. 75 × 103 mg /L，NO -3 -N7. 52 × 103 mg /L，TDS 3. 02 × 104 mg /L，TOC 114mg /L

1. 2 工艺设计

从上面数据可以看出，该废水中含有一定量的重金属铜离子和浓度较高的硝酸铵盐，采用常规的生化方法难以实现达标排放。因此，经过分析和实验论证，最终设计出一套简单先进的工艺来实现废水资源的零排放。

由于该废水中主要成分都是无机盐，TOC 值很低，基本不含有挥发性物质，同时废水中主要无机盐成分为硝酸铵，可以作为生产化肥的原料。因此，工艺设计中主要利用蒸发技术实现硝酸铵的浓缩回用。同时由于厂区附近没有可以利用的蒸汽源，因此本设计工艺选用机械蒸汽再压缩( MVR) 技术。与传统的多效蒸发工艺对比，MVR 是一种高效节能的蒸发浓缩技术[3]，其基本原理是将蒸发器分离出来的二次蒸汽经压缩机压缩后，温度、压力升高，热焓增大，然后进入蒸发器加热室当作加热蒸汽使用，使浓缩液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则成冷凝水，从体系排出[4]。此过程不但回收了潜热，提高了热效率，而且节省了冷却水，达到了节能节水的目的。

由于回用的硝酸铵用于化肥生产，因此为了保障MVR 系统稳定运行和最终回收浓缩液的质量，需要首先去除废水中的铜离子。在废水中加入过量Na2S生成CuS 絮体，然后加入助凝剂进行絮凝沉淀后过滤，滤清液再进入MVR 系统进行进一步浓缩。

根据化肥厂的要求，蒸发浓缩后硝酸铵的浓度为30%左右。而MVR 冷凝水经过反渗透( RO) 系统[5]处理后达到生产用水标准，厂方可进行回收利用，RO系统的浓缩水重新进入废水处理系统。整套工艺实现了废水的零排放，具体的工艺流程如图1 所示。

2 结果与分析

2. 1 预处理工艺

在废水预处理的过程中加入了过量的硫化钠去除铜离子，处理效果如下：原水、调节池、中间水箱1铜离子浓度分别为54. 3 mg /L、51. 7 mg /L 和0. 21mg /L，中间水箱2 未检出铜离子。

从以上数据可以看出，原水进入调节池静置一段时间后，少部分铜离子由于化学反应沉降到底部，上层澄清液铜离子浓度有所下降;经絮凝反应后中间水箱1 铜离子浓度已经非常低，而经过滤后中间水箱2未检出铜离子，达到较好的去除效果。

2. 2 MVR 工艺

MVR 工艺设计为连续过程，但调试阶段为尽快达到最大浓缩倍数，需要封闭式运行，即设计进水流量为0. 7t /h，关闭浓缩液出水，冷凝水出水量约0. 5 ～0. 6t /h。通过这种方式来尽量达到蒸发器设计要求的浓缩倍数。

为了监测MVR 系统的正常运行，在系统内安装了4 个温度探针，分别指示：蒸发器内浓水的温度( T1) 、水蒸气的温度( T2) 、水蒸气经过压缩机增温增压后的温度( T3) 和浓水与压缩蒸汽换热后的温度( T4) 。在硝酸铵废水蒸发浓缩过程中，每2 小时监测一次各温度的变化与水质的变化( 共20 次) 。同时，设置了一个试验，在常压下对硝酸铵废水进行蒸发浓缩，验证废水蒸发后的沸点( T0) 变化，结果如图2所示。

从图2 可以看出，随着硝酸铵浓度的增大，蒸发浓缩液的温度也随之升高，这是因为硝酸铵溶液的沸点随着浓度的增大而升高，导致温升增大，因此蒸发浓缩的倍数越大，蒸发时间越长，耗能越多。从T2 与T3 比较可以知道，蒸汽压缩机增温效果为4 ～ 5℃。从T3 与T4 的差值比较可以了解换热器的换热效率，若T3 远高于T4，说明换热器的换热效率下降，从而判断换热器发生堵塞现象，要进行清洗。T0 为正压沸点试验数值，通过T0 与T1 的比较，可以知道它们之间的差值在10 度左右，通过负压法可以降低硝酸铵废水的沸点，降低能耗，保证设备的稳定运行。

2. 3 RO 系统

MVR 冷凝水经过RO 系统后，处理效果如下：进水、出水和浓水的TDS 分别为735 mg /L、49 mg /L 和1. 52 × 103 mg /L。

编辑：王媛媛