離子膜燒堿廢水回收技術(shù)分析報(bào)告

＊施 源

（江蘇國(guó)恒安全評(píng)價(jià)咨詢服務(wù)有限公司 江蘇 210000）

化工行業(yè)屬于支柱型產(chǎn)業(yè)，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值的同時(shí)，帶來的環(huán)境污染問題也不容忽視。化工工藝中產(chǎn)生的大量含鹽廢水，不僅給環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，浪費(fèi)寶貴的水資源，而且制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型。因此，有效處理和回收廢水已成為化工企業(yè)的重點(diǎn)任務(wù)。

含鹽廢水的處理工藝包括稀釋法[1]、多效蒸發(fā)法[2]、膜分離技術(shù)[3]、濕化氧化[4]等。其中，多效蒸發(fā)工藝憑借其節(jié)能、蒸發(fā)效率高和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為備受關(guān)注的技術(shù)選擇。然而，多效蒸發(fā)工藝經(jīng)常涉及多種危險(xiǎn)化學(xué)品和高溫、高壓、高氧環(huán)境，存在燃爆、灼燙、腐蝕、廢水泄漏等風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)蒸發(fā)工藝中存在的危險(xiǎn)和有害因素進(jìn)行辨識(shí)，提前制定安全應(yīng)對(duì)措施。本文以某化工企業(yè)離子膜法制燒堿產(chǎn)生的廢水蒸發(fā)回收工藝為例，剖析其技術(shù)原理，辨識(shí)工藝中存在的危險(xiǎn)及有害因素，針對(duì)性提出安全管理措施，形成離子膜燒堿廢水回收技術(shù)分析報(bào)告，為化工企業(yè)在廢水處理中回收技術(shù)的選擇提供參考，同時(shí)為堿性或酸性廢水的資源化利用和環(huán)保減排提供科學(xué)支持。

1.項(xiàng)目概況

RS化工現(xiàn)已建成12萬噸/年離子膜燒堿電解裝置，為減少制堿工藝的廢水污染排放，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)上下游原料互供和資源綜合利用，降低生產(chǎn)成本，該企業(yè)擬建50%燒堿蒸發(fā)裝置、脫氯淡鹽水MVR濃縮裝置和96%廢硫酸回收裝置，作為離子膜燒堿裝置的調(diào)優(yōu)項(xiàng)目。三套蒸發(fā)/回收裝置涉及的主要產(chǎn)品有32%燒堿溶液、脫氯淡鹽水和75%硫酸。針對(duì)脫氯淡鹽水的回收，該企業(yè)目前采用多效蒸發(fā)工藝處理鹽水，但單效蒸發(fā)器的傳熱溫差小、二次蒸汽利用率低，且蒸發(fā)后的鹽水VOC含量過高，蒸發(fā)析出的鹽無法作為一般工業(yè)鹽，被視為危險(xiǎn)固體廢物，需委托相關(guān)的廢渣處理公司進(jìn)行無害化處理。可見傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝已嚴(yán)重制約企業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。此外，在廢硫酸回收上，企業(yè)采用的是離子交換回收技術(shù)，使用離子交換樹脂吸附硫酸根離子，再將吸附的硫酸根離子洗脫，得到純凈的硫酸。然而，離子交換樹脂的使用壽命有限，需要定期更換，同時(shí)處理成本較高。

為進(jìn)一步節(jié)能減排，提高安全水平，該企業(yè)擬采用先進(jìn)的回收、多效蒸發(fā)技術(shù)和裝備，對(duì)離子膜燒堿裝置產(chǎn)生的脫氯淡鹽水、燒堿溶液、硫酸溶液回收處理裝置進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)廢水的深度處理、回收和利用，以期取得良好的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.蒸發(fā)回收工藝分析

（1）50%燒堿蒸發(fā)工藝。三效逆流降膜蒸發(fā)工藝[5]是一種在蒸發(fā)過程中，利用降膜蒸發(fā)器使堿液從低濃度向高濃度逆流流動(dòng)的工藝。該逆流蒸發(fā)工藝具有高效節(jié)能、穩(wěn)定性高、簡(jiǎn)便操作和產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于燒堿生產(chǎn)行業(yè)。該企業(yè)將三效逆流降膜蒸發(fā)工藝用于50%燒堿蒸發(fā)的工藝流程，詳見圖1。

圖1 50%燒堿蒸發(fā)工藝流程圖

首先，通過32%堿泵將堿液送入三效降膜蒸發(fā)器。在降膜蒸發(fā)器中，堿液從低濃度向高濃度逆流流動(dòng)，與新鮮蒸汽流向相反。在這個(gè)過程中，堿液濃度逐漸提高，蒸汽溫度逐漸降低。接著，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸汽通過二次蒸汽管被送到表面冷凝器，進(jìn)行冷卻。同時(shí)，利用水環(huán)式真空泵將惰性氣體抽走。經(jīng)過表面冷凝器冷卻后的二次蒸汽，再次進(jìn)入三效降膜蒸發(fā)器，與從一效和二效蒸發(fā)器出來的堿液進(jìn)行換熱。此時(shí)，三效降膜蒸發(fā)器底部泄出的36%的堿液，通過堿泵被送至二效蒸發(fā)器。在二效蒸發(fā)器中，堿液濃度進(jìn)一步提高，達(dá)到42%。使用堿泵將42%的堿液送入一效蒸發(fā)器，堿液濃度進(jìn)一步提高。最后，一效蒸發(fā)器底部泄出的50%的堿液，通過堿泵被送入換熱器。經(jīng)換熱后，產(chǎn)品溫度降至45℃，被送到50%堿儲(chǔ)槽。而在一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，也用于加熱二效蒸發(fā)器。

在整個(gè)三效逆流降膜蒸發(fā)工藝中，生蒸汽加熱降膜蒸發(fā)器，生蒸汽冷凝液和50%的堿液用來預(yù)熱36%和42%的堿液。這樣，既提高了蒸汽利用率，又降低了蒸發(fā)器換熱面積。

（2）廢硫酸濃縮回收工藝。廢硫酸濃縮回收技術(shù)采用蒸發(fā)真空濃縮工藝[6]，該工藝是近年在氯堿行業(yè)使用率較高的一項(xiàng)新技術(shù)，采用耐腐蝕的蒸發(fā)器，將廢硫酸加熱并蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過真空泵吸入冷凝器，在冷凝器中冷凝成液體，從而實(shí)現(xiàn)廢硫酸的濃縮，去除水分后的硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)96%，質(zhì)量高，雜質(zhì)含量較低，也可回用于燒堿裝置。

該企業(yè)的硫酸濃縮裝置采用兩段蒸發(fā)器濃縮，每段為一個(gè)臥式蒸發(fā)器及其汽液分離部件組成，工藝流程如圖2所示。將75%的稀酸輸送至預(yù)熱器，與成品96%硫酸換熱后進(jìn)入洗滌塔頂部，在塔內(nèi)與來自第一段蒸發(fā)器頂部及二段真空蒸汽噴射泵排出氣逆向接觸，洗滌塔下部的硫酸進(jìn)入第一段蒸發(fā)器與較高壓的蒸汽換熱，增濃后的硫酸由底部排出進(jìn)入第二段蒸發(fā)器，再與較高壓的蒸汽換熱，得到96%的硫酸去預(yù)熱器，與75%的稀酸換熱后，再運(yùn)至硫酸成品冷卻器，與循環(huán)水換熱降溫得到成品96%的濃硫酸。

圖2 廢硫酸濃縮回收工藝流程圖

（3）脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝。MVR蒸發(fā)裝置由蒸汽洗滌塔、循環(huán)水泵、壓縮機(jī)系統(tǒng)、分離器、降膜蒸發(fā)器、控制系統(tǒng)、預(yù)熱器等組成，工藝過程包括濃縮結(jié)晶系統(tǒng)、二次汽回路系統(tǒng)、生蒸汽系統(tǒng)等部分，多用于工業(yè)廢水的蒸發(fā)、濃縮與再利用，詳見圖3和圖4。

圖3 脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝流程圖

圖4 MVR蒸發(fā)裝置圖

淡鹽水濃縮結(jié)晶系統(tǒng)將進(jìn)來的淡鹽水通過板式預(yù)熱器與外排冷凝水和濃縮后的鹽水進(jìn)行換熱，之后進(jìn)入降膜蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，再轉(zhuǎn)移到強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)濃縮至所需濃度。

生蒸汽系統(tǒng)則在生產(chǎn)裝置系統(tǒng)開車或調(diào)整負(fù)荷時(shí)，使用生蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的廢水通過加熱室升高溫度，產(chǎn)生二次蒸汽。由于蒸汽中有氯成分和其他雜質(zhì)殘留，在淡鹽水濃縮過程中，需使用蒸汽洗滌器凈化蒸汽。

二次汽回路系統(tǒng)是通過除沫器去除二次蒸汽中的氯離子和雜質(zhì)，之后洗滌器內(nèi)的循環(huán)洗滌水對(duì)鹽水進(jìn)行二次洗滌，最后使用加熱室的冷凝液進(jìn)行第三次洗滌，確保進(jìn)入壓縮機(jī)的二次蒸汽中含鹽量低于20%。

在生產(chǎn)車間系統(tǒng)運(yùn)行過程中，還有大量凝結(jié)水產(chǎn)生。冷凝水儲(chǔ)存及外排系統(tǒng)是將冷凝水收集至儲(chǔ)槽中，經(jīng)冷卻后，通過冷凝水輸送泵送至洗滌塔，作為沖洗水系統(tǒng)的水源，如蒸發(fā)設(shè)備除沫器、洗滌塔除沫器等，確保除沫器的安全運(yùn)行。同時(shí)，凈化后的凝結(jié)水還可用于淡鹽水濃縮結(jié)晶系統(tǒng)的換熱。

可見，脫氯淡鹽水MVR蒸發(fā)濃縮工藝綜合應(yīng)用了各類子系統(tǒng)，既能有效處理濃縮淡鹽水，又實(shí)現(xiàn)了二次蒸汽的循環(huán)利用，具有環(huán)保、節(jié)能、高效等特點(diǎn)。

3.離子膜燒堿廢水回收工藝危險(xiǎn)及有害因素分析

離子膜燒堿廢水回收工藝存在的危險(xiǎn)點(diǎn)，主要包括：①物料中的濃硫酸和燒堿溶液具有腐蝕性，一旦設(shè)備、管道發(fā)生泄漏，或在裝卸、儲(chǔ)存過程中操作不當(dāng)，泄漏出的物料觸及人體會(huì)造成化學(xué)灼傷、腐蝕。②硫酸遇鐵質(zhì)材料（如鐵質(zhì)螺線絲）生成氫氣，積聚在儲(chǔ)罐頂部，與空氣形成爆炸性混合氣體，若違章動(dòng)火、雷擊火花等，可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。③廢硫酸中含有少量氯，濃縮處理時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)有氯氣產(chǎn)生，若發(fā)生泄漏，現(xiàn)場(chǎng)人員吸入大量氯氣會(huì)導(dǎo)致中毒事故。④因蒸汽管道材質(zhì)不合格、未標(biāo)識(shí)、架空高度不夠，或因高溫、腐蝕出現(xiàn)跑冒滴漏或炸裂，可造成中毒、灼燙等事故。

4.安全對(duì)策及建議

依據(jù)《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》《危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)細(xì)則(試行)》，針對(duì)RS化工離子膜燒堿廢水回收工藝提出的安全措施如下：

(1)貫徹落實(shí)安全生產(chǎn)管理制度

RS化工應(yīng)建立健全并落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，落實(shí)“三管三必須”，設(shè)立安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)，明確安全生產(chǎn)管理人員職責(zé)，加強(qiáng)員工安全生產(chǎn)教育與培訓(xùn)，承擔(dān)離子膜燒堿廢水回收處理的安全生產(chǎn)主體責(zé)任。

(2)針對(duì)燒堿多效蒸發(fā)工藝供汽安全對(duì)策措施

①供汽管道應(yīng)做好固定支架、膨脹節(jié)等設(shè)計(jì)和施工工作，防止供汽管道發(fā)生晃動(dòng)、水擊破壞等異常。②做好蒸汽系統(tǒng)保溫層檢查和維護(hù)工作，防止保溫層破壞而造成人員灼燙傷害。③蒸汽管線投運(yùn)時(shí)蒸汽中帶水或管道產(chǎn)生冷凝水，會(huì)造成管道水沖擊。應(yīng)及時(shí)疏水，防止發(fā)生蒸汽管道水擊。④蒸汽管網(wǎng)需設(shè)有壓力、流量的遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)，高壓自動(dòng)泄放控制系統(tǒng)，壓力報(bào)警系統(tǒng)。

(3)加強(qiáng)管線、設(shè)備安全對(duì)策措施

①嚴(yán)格控制采購設(shè)備的質(zhì)量，選用有相關(guān)生產(chǎn)資質(zhì)企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。②根據(jù)燒堿蒸發(fā)溫度由低向高變化，蒸發(fā)器的蒸發(fā)管、燒堿管道可采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼或鎳，避免這些重要部件因破損造成破裂而引發(fā)人身傷害。③稀硫酸濃縮設(shè)備材質(zhì)可采用耐腐蝕性能優(yōu)良的硼硅玻璃、搪玻璃等。75%～80%和96%的硫酸管道，采用鋼襯四氟材質(zhì)。④所有外表溫度大于60℃的設(shè)備或管線，均使用絕熱材料隔離，防止人員燙傷。

(4)蒸發(fā)工藝的自動(dòng)控制系統(tǒng)安全對(duì)策措施

①實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)龎A蒸發(fā)和硫酸濃縮時(shí)通入的蒸汽流量，安裝緊急蒸汽切斷閥，若被加熱的物料超溫，要及時(shí)切斷閥門。②在設(shè)備內(nèi)部及出口，設(shè)置溫度檢測(cè)點(diǎn)及溫度報(bào)警控制儀。③燒堿儲(chǔ)罐和硫酸儲(chǔ)罐按照雙液位計(jì)，對(duì)高低液位報(bào)警并及時(shí)提示操作人員處理。

5.結(jié)論

離子膜燒堿廢水回收技術(shù)，在解決化工污染和助力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要意義。本文研究了離子膜法制燒堿廢水回收工藝的技術(shù)原理、危險(xiǎn)因素分析，并提出相應(yīng)的安全對(duì)策與合理建議。經(jīng)過實(shí)踐研究認(rèn)為，三效逆流降膜蒸發(fā)工藝、蒸發(fā)真空濃縮和MVR蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝在回收廢水中具備科學(xué)性、可操性、環(huán)保性和安全可控性，可在化工行業(yè)內(nèi)大范圍進(jìn)行推廣和應(yīng)用。