MVR技術在濕法冶金廢水處理中的應用

滿中國

(三一重型機器有限公司，上海201413)

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MVR技術在濕法冶金廢水處理中的應用

滿中國

(三一重型機器有限公司，上海201413)

摘要:介紹濕法冶金廢水的金屬離子、絮凝物等雜質預處理方法，通過機械蒸汽再壓縮技術(MVR)對其高鹽二級廢水進行蒸發結晶處理，達到廢水零排放要求。工程實踐表明，MVR技術在濕法冶金廢水處理中的應用能耗低、設備運行可靠，為濕法冶金廢水處理提供了新的途徑。

關鍵詞:機械蒸汽再壓縮;蒸發結晶裝置; APP控制軟件

隨著國家環保要求的提高和企業環保意識的增強，濕法冶金廢水中少量重金屬元素及有害元素含量超標，且廢水中硫酸鹽、氯化鈉等鹽類太高，易使土地鹽堿化而不能外排。一般采用電滲析、反滲透或其它膜分離技術進行二級深度處理。二級深度處理的淡水可以回用，而二級深度處理后有30%～40%的濃水及一些濕法冶金過程的高濃度廢水含鹽量超過海水淡化的濃水水質，使電滲析、反滲透或膜分離處理裝置很難連續穩定運行。本文提出利用通過機械蒸汽再壓縮技術簡稱MVR (Mechanical Vapor Recompression)處理高鹽二級濕法冶金廢水，實現濕法冶金廢水零排放。

1　 MVR工作原理

MVR裝置是整個濕法冶金廢水處理系統的核心部分，絕大部分水分的蒸發是通過該裝置來完成。其裝置是根據各種物料在同一壓力下沸點各不相同的特性進行設計，通過加熱的方式使物料達到某種溶劑的沸點而從溶液中蒸發分離出來。根據不同廢水物性參數專項設計，以期用最低能耗成本達到固液分離的目的。

如圖1所示，系統輸入的能量來自電能，濃液與來液熱交換，蒸餾水也與來液熱交換，盡量回收排出系統的熱能，最大限度實現能量回收［1］。

圖1　MVR系統熱流圖

2　濕法冶煉廢水處理工藝的設計

2.1濕法冶金廢水預處理

圖2　廢水預處理工藝流程

濕法冶金廢水中含有鎂、砷等重金屬離子、絮凝物等雜質，為了消除對蒸發結晶工藝結垢、腐蝕影響和提高結晶鹽的經濟價值，首先完成廢水預處理，其工藝流程簡圖如圖2，主要由反應池#1、反應池# 2、中和池、絮凝池、沉淀池、污泥脫水機組成。廢水在反應池#1內添加熟石灰，攪拌器攪拌后將pH值調整到9～11。將廢水中的重金屬離子生成氫氧化物沉淀，溢流至反應池#2，將廢水中的多余鈣離子變成碳酸鈣沉淀，隨后溢流至絮凝池，絮凝池加入混凝劑PAC、絮凝劑PAM，使得沉淀物變得更大更容易沉淀，絮凝完成以后進入沉淀池，絮凝物沉積在底部濃縮成泥漿液，經污泥泵輸送至污泥脫水機［2］。上部清液進入中和池，中和池內加入硫酸中和，調節廢水pH值至7～8以后的高鹽廢水進入暫存池，進入下一步蒸發結晶工藝。

2.2蒸發結晶設計

高鹽廢水溶液經過熱交換器與排出系統的蒸餾水進行熱交換，再進入排氣熱交換器與最終不凝氣體熱交換以后進入MVR蒸發主體熱井。進入MVR蒸發主體的廢水溶液與熱井內原有的循環液混合后，通過MVR循環泵輸送至蒸發主體噴淋管，使廢水溶液均勻分布至換熱管表面，與換熱管內部的蒸汽進行熱交換，產生的二次蒸汽經過汽液分離后進入蒸汽壓縮機壓縮升溫。蒸汽熱交換后產生的冷凝水匯集至蒸餾水罐，通過蒸餾水泵經過蒸餾水板式換熱器與廢水原液進行熱交換以后排放至離子交換裝置，將蒸餾水中的氨氮去除以后，排放至出水暫存池。濃縮后的廢水溶液通過MVR濃縮液泵輸送至盤管式結晶器，進行冷卻結晶，通過離心機晶體分離。離心母液返回蒸發主體繼續蒸發結晶處理。具體工藝流程如圖3所示。

圖3　蒸發結晶工藝流程

2.3蒸發結晶裝置輔助裝置

冶金廢水蒸發結晶輔助裝置主要單元包括酸洗裝置、堿洗裝置、除霧網清洗裝置、消泡劑投加裝置、防垢劑投加裝置。

設備的清洗主要采用酸及堿交替的方式進行。蒸發器的結垢可從玻璃視鏡中觀察到結垢的情況，通過酸及堿循環清洗，可很容易將換熱管表面的垢去除。結垢的成分為有機和無機兩部分，無機垢采稀鹽酸進行清洗，有機結垢則采用稀氫氧化鈉溶液進行清洗。結垢經過酸堿交替清洗后，可去除蒸發系統換熱管、管道、閥門等可能結垢的部件，蒸發系統避免結垢問題。

消泡劑投加裝置主要控制蒸發器內的物料不產生泡沫，改善換熱環境，保證產水水質。

防垢劑投加裝置在運行過程中通過對來水投加防垢劑，對設備起到抑垢除垢作用，能大大延長設備的清洗周期，保證設備能長期穩定運行。

蒸發器產生的二次蒸汽將攜帶大量的鹽溶液氣沫，運行一段時間以后，除沫器絲網表面將附著大量鹽溶液，將影響除沫器除沫效果，進而影響出水水質。在蒸餾水出水監測電導率大幅升高的時候及時清洗除沫器絲網，保證除沫器在正常潔凈的狀態下運行。

2.4冶金廢水蒸發結晶經濟性分析

以濕法冶金反應母液為例，其廢水含有Mg2 +(2－8g/L)、Na+(20－40g/L)、SO42－(45－90g/ L)，pH值5～8，處理量為14.8 T/h。處理成本約42.2元/噸，廢水處理成本分析如下表1。

表1　蒸發結晶經濟性分析

3　控制原理

壓縮機、進液泵、強制循環泵、蒸餾水泵等電機采用變頻驅動，所有變頻器采用直流母線結構。通過三相交流電通過整流器整流后，逆變器共用整流母線，各個逆變器驅動電機一體化控制［3］，其拓撲結構如圖4。

圖4　母線型變頻器拓撲結構

廢水處理車設有控制箱，實現啟動自動運行按鈕，達到預熱溫度后壓縮機設有啟動確認程序后，其他控制點都處于自動控制狀態。系統設有檢測、控制、報警、聯鎖/停車的功能設計。通過無線路由器接入Internet，手機或Pad APP控制軟件可以實現遙控功能，完成數據檢測和整機自動控制功能。

4　結論

本項目完成電池原材料四鈷母液廢水處理，年處理量為18.6萬m3，廢水成分檢測如表2:

表2　四鈷母液廢水成分表

試驗研究結果表明，蒸發濃縮后溶質主要進入結晶產物，經蒸發濃縮處理后的蒸餾水水質能滿足回用及排放要求。濕法冶金廢水預處理的高鹽溶液通過MVR技術蒸發結晶，達到廢水的零排放，設備運行穩定、能耗低，可以滿足濕法冶金廢水處理需要。

參考文獻:

［1］方健才.MVR蒸發工藝在氯化銨廢水處理中的應用及經濟分析［J］.廣東化工，2012，(8).

［2］吳勝舉，張冰如，李風婷，等.介孔吸附劑在去除水體中重金屬離子中的應用［J］.石油學報，2012，(8).

［3］潘孟春.電力電子與電力傳動(第二版)［M］.長沙:國防科技大學出版社，2006.

［編校:楊琴］

Application of MVR Technology in Progress of Hydrometallurgy Wastewater

MAN Zhongguo
(Sany Heavy Machine Limited Company，Shanghai 201413)

Abstract:The methods of pretreating metal ions and impurity in hydrometallurgy wastewater are reviewed.And the high－salinity wastewater in the second stage process is evaporated and crystallized by mechanical vapor recompression (MVR) technology，which has realized zero discharge.Engineering practice shows that the application of MVR technology is of low energy consumption and reliable in progress of hydrometallurgy wastewater，which provides a new way of hydrometallurgy wastewater treatment.

Key words:mechanical vapor recompression; evaporation and crystallization equipment; APP control software

作者簡介:滿中國(1980－)，男，江蘇徐州人，工程師，工學碩士，研究方向為水工藝、控制方面研究與工程設計。

收稿日期:2016－01－26

中圖分類號:X756

文獻標識碼:A

文章編號:1671－9654(2016)01－049－04