冷凍結晶技術+膜過濾組合工藝處理硫酸鈉廢水的優越性

    在化工企業中，有許多廢水是含較高濃度的硫酸鈉廢水，因含鹽量較高無法直接進行生化處理，因此一般采用多效蒸發結晶技術，得到無水硫酸鈉固廢，冷凝水回用或進一步處理；近些年隨著MVR熱泵蒸發器的興起，因其較低的處理能耗得到較多推崇，但是由于壓縮風機均為進口設備，投資較高。那么，究竟有沒有一個投資相對更小、處理能耗更低的工藝路線呢。

    針對硫酸鈉的物料特性，其既可以通過蒸發得到無水硫酸鈉結晶，又可以通過冷凍得到含十個結晶水的芒硝（即十水硫酸鈉）；同時，隨著膜濃縮技術的進步，通過膜濃縮可以將原料液及結晶母液濃度提升至15%左右，因此我們獨辟蹊徑，采用膜濃縮及冷凍結晶脫硝組合工藝，得到芒硝晶體及膜過濾得到的潔凈水。

    那么，這種組合結晶的工藝和多效蒸發結晶技術、MVR蒸發結晶技術相比，在投資及能耗上究竟有多大優勢及合理性呢，就此，我們以日處理200噸含量為18%的硫酸鈉廢水為例，進行具體比較。

一、設計條件：

每天處理200m³其中含硫酸鈉18%，比重為1131kg/m3,按每天運行20小時計。

來料溫度20⁰C

二、設備選型

根據硫酸鈉的特性及本系統廢水中硫酸鈉的含量，可選用下列幾種處理方式

1）            通過冷凍結晶+膜濃縮組合處理工藝得到十水硫酸鈉與純水。

2）            通過多效強制循環蒸發工藝得到硫酸鈉。

3）            通過熱泵+多效強制循環蒸發組合處理工藝得到硫酸鈉。

三、各處理工藝介紹

1、冷凍結晶+膜濃縮組合處理工藝

（1）工藝流程

20⁰C的物料溶液通過連續冷凍結晶器通過不斷冷卻產生過飽和度從而得到十水硫酸鈉警惕，出料泵取出的晶漿經稠厚器進一步消除飽和度后進入離心機固液分離后，固體進入下工序，母液進入膜過濾工序進行再濃縮，可將母液濃度提升至15%左右，濃縮后的純水進入生產工序回用，濃縮液進入結晶器繼續參與結晶。

通過結晶得到十水硫酸鈉作為固體產品與純水，母液則通過膜濃縮在體系內循環繼續參與結晶。

（2）工藝特點：

1)為了使晶體有更好的生長環境和更高的收率、更低的能耗，采用本方案采用母液預冷+冷凍水冷卻結晶。采用預冷換熱，可以有效利用能量，運行費用低，操作穩定性好。

2)配大流量、低揚程、低轉速的軸流泵作為循環動力，可以使物料均勻冷卻，避免產生大量細晶核。并防止了循環晶漿中的晶粒與循環泵的葉輪高速碰撞而出現大量二次成核現象。

3)根據結晶數據曲線及結晶要求，結晶器采用了外冷式的Krystal分級結晶器。

4)本裝置可采用人工控制或自動控制，操作簡單、穩定。

5）可充分利用冷量，能量消耗低。

（3）工藝能耗

冷凍機組功率消耗：440Kw/h

其他設備功率消耗（不含離心機功率）：80Kw/h。

電費按0.6元/kw,則每小時的總能量消耗為：312元/小時，約合處理每立方水的成本為：31.2元。

（4）結晶器設備投資

結晶器主體設備投資318萬元（不含安裝、離心機及膜處理部分）

2、多效強制循環蒸發工藝

（1）工藝流程

采用四效強制循環蒸發結晶工藝，順流操作，即溶液流向為：原料液→一效→二效→三效→四效→濃縮液排出。生蒸汽則首先進入一效蒸發器加熱室的殼程，冷凝水回鍋爐，一效蒸發器蒸發出的二次蒸汽則進入二效蒸發器的殼程作為二效加熱室的加熱蒸汽，冷凝后冷凝水進入三效加熱室閃蒸；二效蒸發器蒸發出的二次蒸汽作為三效蒸發器的加熱蒸汽，冷凝水進入三效加熱室閃蒸；三效蒸發器蒸發出的二次蒸汽作為四效蒸發器的加熱蒸汽，冷凝水進入四效加熱室閃蒸；四效的乏汽由間接冷凝器冷凝，不凝氣體由真空泵排出。

通過本多效蒸發結晶工藝，可分別得到硫酸鈉與蒸發出的冷凝水。

（2）工藝特點

1）傳熱效率高、操作彈性大、運轉可靠。

2）采用真空操作，蒸發溫度低并有效降低設備腐蝕。

3）小溫差循環操作，換熱管不易結垢，操作周期長。

4）采用強制循環蒸發，通過增大循環量進而提升換熱器內的管內流速，可有效克服硫酸鈉結晶容易結壁的特點。

（3）工藝能耗

    蒸汽消耗3.9噸/小時，用電功率200KW/h

    蒸汽按200元/噸，電費按0.6元/kw

    則每小時能耗消耗費用共計900元/h

    約合每立方水消耗的費用為90元。（不含離心機）

（4）設備投資

    主體設備投資350萬元（不含安裝及離心機部分）

3、MVR熱泵蒸發器+多效蒸發器組合工藝

（1）工藝流程及原理

作為一種節能高效的蒸發器，MVR熱泵蒸發器一般采用的換熱器形式為降膜式蒸發工藝，適用于濃度低、無結晶、不容易結壁的物料，所以對于本物料系統，在無結晶濃縮階段采用MVR蒸發器，在溶液結晶飽和的時候采用多效強制循環蒸發器組合工藝。

硫酸鈉的飽和濃度約為30%，因此采用MVR蒸發器需要控制出料濃度小于30%，即在濃度接近30%時須轉入多效蒸發結晶器繼續蒸發結晶。通過計算，在MVR蒸發器內蒸發出的水量要控制在2.2噸/小時左右，則在多效強制循環蒸發器內蒸發的水量約為2.5噸/小時左右。

（2）工藝特點

1）采用組合工藝可有效解決MVR蒸發器不能處理結晶物料的問題。

2）設備能耗較低，但設備投資相對較大。

（3）工藝能耗

1）第一級MVR濃縮4.4t/hr（蒸汽溫升8℃）蒸發器
設備成本：450萬元/套 
運行成本：蒸汽消耗0.02噸/小時（機組密封補汽），蒸汽價格200元/噸，電耗220千瓦/時（主電機、循環泵、真空泵、凝水泵），平均電價0.6元/千瓦時；
每小時運行成本：0.04噸*200元/噸+220千瓦*0.6元/千瓦時=8+132=136元/小時；

約合處理每噸水的成本為32元。

2）第二級四效強制循環蒸發結晶器

運行成本：蒸汽消耗1.8噸/小時，電耗140KW/h

則每小時運行成本為1.8噸*200元/噸+140千瓦*0.6元/千瓦時=360+84=444元/小時；

約合處理每噸水的成本91元。

則每小時綜合成本為136+444=580元/小時，約合每立方水消耗的費用為58元（不含離心機能耗）。

（4）設備投資

MVR設備投資約450萬元，四效蒸發結晶器設備投資約240萬元，總計約690萬元（不含安裝、離心機設備價格）。

四、綜合評價

由以上分析可以得出，設備能耗方面來考慮，采用冷凍結晶與膜處理組合工藝，運行能耗*低，設備投資中等；采用四效蒸發結晶工藝，投資*低，但運行費用*高；采用MVR與四效蒸發結晶組合工藝，運行能耗中等，但投資*高。

因此，才用冷凍結晶與膜處理組合工藝處理硫酸鈉廢水具有較高的推廣價值。