废水近零排放和资源化利用探索


作者:刘江宁 霍伟旭 李向前 何树明 晋平 张婷婷 日期:2017/09/21 来源:PROCESS《流程工业》

图1颜料废水原水外观

基于对该颜料产品反应工艺、废水水质的详细分析,开发了如下处理路线:偶合反应去除大部分COD-活性炭吸附脱色-纳滤分离硫酸钠和溴化钠-溴化钠氯化反应产溴回用于工艺-硫酸钠、氯化钠盐水分别蒸发出盐;整个过程实现溴元素资源化利用的同时,又做到废水近零排放。

图2 废水处理流程示意

颜料废水的水质情况

某一蒽醌系颜料产品生产过程产生高COD、高色度,且同时含硫酸钠、溴化钠的混盐废水。废水主要组成(W%)为:硫酸钠(2.4%)、溴化钠(0.96%)、能明确辨别的蒽醌类物质(0.25%)等。COD值约6 000 mg/L、色度约10 000倍、pH约12,外观为深红黑色。由指标数据可以看出,该废水水质复杂,且含有较多的盐分,有比较大的处理难度。

废水处理技术路线的开发

经过详细分析检测,该颜料产品废水中COD、色度主要由未反应完毕的蒽醌类原材料导致。根据我们对蒽醌类物质化学反应规律的掌握,结合该颜料产品生产工艺过程,并综合考虑废水处理过程的一次投资、长期运行费效比等因素,开发了如图2的处理技术路线。

原水处理

首先对原水进行蒸发,浓缩5倍。因原水中无机盐总含量约3.36%,仍有较大的浓缩空间,且浓缩能够起到减少废水体积、减少pH调节过程化学药品的消耗量的作用,并有利于后续的反应处置。

图3 偶合反应处理后的废水外观

蒸发液偶合反应

蒸发浓缩液调节pH至酸性,外加药剂进行偶合反应,并进行过滤。本步操作的目的,是利用该颜料产品所用蒽醌类原材料的性质,进行偶合反应生成固体物质并做固液分离处理,去除废水中的蒽醌类杂质,图3为偶合反应处理后的废水外观。

图4 活性炭吸附脱色后的废水外观

活性炭吸附

经过偶合反应处理,废水仍然残留一定的COD和色度,用活性炭吸附处理,可以将COD降低到100以内,同时去除色度,活性炭吸附脱色后的废水外观如图4。

图5  纳滤分盐装置

纳滤分盐

活性炭吸附处理后的废水,COD和色度都已经降低至允许的范围,向后进入纳滤分盐工序。在本工序选用高分离效果型号的纳滤膜,利用纳滤膜截留二价盐、允许一价盐通过的分离能力,实现溴化钠和硫酸钠盐的高精度分离。膜的透过侧得到高纯度的溴化钠溶液,膜的截留侧得到高纯度的硫酸钠溶液。

氯化反应回收溴素

将溴化钠盐溶液进行氯化反应,得到溴素,并返回到颜料产品的溴代反应工段作为原材料使用,水相则变为氯化钠盐水。

图6 MVR蒸发装置

盐水处理

硫酸钠盐水、氯化钠盐水分别进行蒸发。采用MVR蒸发,分别得到硫酸钠盐和氯化钠盐,蒸发凝水作为循环水补水,实现废水的近零排放。

工程运行费用情况

废水蒸发工序采用MVR技术,吨水平均耗电低于37 kWh。纳滤分盐工序,吨水耗电低于5 kWh。废水中的溴元素实现资源化回用,吨水回收溴素约7.4 kg,以当前市价计,约220元。基于溴元素的资源化回用,整个废水处理直接运行费用体现为正效益。