申请日2017.09.27
公开(公告)日2018.02.13
IPC分类号C02F9/10
摘要
本发明涉及一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法,包括以下步骤：将酸性废水降温至膜过滤浓缩系统进行处理所需要的温度;降温后的酸性废水利用膜过滤浓缩系统进行过滤浓缩，得到酸性废水浓缩液;将所述酸性废水浓缩液经过预热后进入蒸发系统进一步蒸发浓缩;其中，步骤(1)中酸性废水和步骤(3)中酸性废水浓缩液互为冷热源，进行热交换，同时实现酸性废水的降温和酸性废水浓缩液的预热。本发明在粘胶纤维高温酸性废水处理过程中充分的实现了热能的综合利用，减少了能耗和运行的成本。
权利要求书
1.一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将酸性废水降温至膜过滤浓缩系统进行处理所需要的温度;
(2)降温后的酸性废水利用膜过滤浓缩系统进行过滤浓缩，得到酸性废水浓缩液;
(3)将所述酸性废水浓缩液经过预热后进入蒸发系统进一步蒸发浓缩;
其中，步骤(1)中酸性废水和步骤(3)中酸性废水浓缩液互为冷热源，进行热交换，同时实现酸性废水的降温和酸性废水浓缩液的预热。
2.根据权利要求1所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，所述粘胶纤维酸性废水为在粘胶纤维生产过程中排放的夹带酸浴的纤维冲洗水，排放位置在纤维切断前或纤维切断后。
3.根据权利要求2所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，所述粘胶纤维酸性废水的温度为85-98℃，各组份浓度为硫酸5-13g/L、硫酸钠15-40g/L、硫酸锌0.3-1.1g/L，浊度为30-50ntu。
4.根据权利要求1至3任一项所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，步骤(1)中所述酸性废水的降温采用换热降温和真空闪发降温的方式，将酸性废水降温至30-38℃。
5.根据权利要求4所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，所述换热降温采用的是换热器，为换热器提供冷源的是步骤(2)中经过膜过滤浓缩系统处理后得到的酸性废水浓缩液，所述真空闪发降温采用多级真空闪发，产生的二次蒸汽用于步骤(3)的蒸发系统。
6.根据权利要求1至3任一项所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，步骤(2)中所述膜过滤浓缩系统处理后的酸性废水浓缩液的温度为33-40℃，各组份浓度为硫酸25-30g/L、硫酸钠75-90g/L、硫酸锌2-2.5g/L。
7.根据权利要求1至3任一项所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，步骤(3)中所述酸性废水浓缩液的预热采用换热升温的方式，预热后的温度为82-90℃。
8.根据权利要求7所述一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，其特征在于，所述换热升温采用的是换热器，为换热器提供热源的是步骤(1)中的酸性废水。
说明书
一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法
技术领域
本发明涉及一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，属于粘胶纤维生产领域，尤其是粘胶纤维酸性废水的处理领域。
背景技术
粘胶纤维工厂纺练车间排放的酸性废水含有硫酸、硫酸钠、硫酸锌，现在的处理方式是：酸性废水排放至污水处理厂和其它污水混合后统一处理，大量含盐废水的外排不但影响后续废水的生化处理效果，还浪费能源。研究改变酸性水处理工艺，回收酸性水中的硫酸、硫酸钠及硫酸锌，不但可以降低外排水里酸和盐含量，降低生化处理难度，降低污水处理成本，更符合环保和节能降本的发展趋势。随着行业竞争和环保政策的日益严格，粘胶企业开始重视酸性废水的回用处理。现已有粘胶企业采用的蒸发的方式对酸性废水进行浓缩回用，蒸发系统存在投资大，运行费用高的缺点，成本高能耗大成为酸性水浓缩回用工艺发展的最大制约。目前，膜过滤浓缩技术以其能耗低，效率高的优点在处理含盐废水领域得到广泛应用，但此技术不适合处理含高浓盐废水。同时，膜过滤装置要求过滤介质的温度要降到40℃以下，而进入蒸发系统的的介质温度越高，系统能耗越低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，工艺可行，稳定有效，可充分有效利用高温酸性废水的热能，降低利用蒸发系统处理酸性废水的蒸汽消耗。本发明采用膜过滤和蒸发相结合的生产工艺对酸性水进行浓缩处理，充分发挥膜过滤和蒸发对高低浓度酸性废水处理的技术优势，可以节省设备投资和运行费用，提高运行效率。而本发明对高温酸性废水膜过滤和蒸发处理的热能进行综合利用，充分利用高温酸性废水热能，节省系统整体能耗。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种处理粘胶纤维酸性废水过程中的热能综合利用的方法，包括以下步骤：
(1)将酸性废水降温至膜过滤浓缩系统进行处理所需要的温度;
(2)降温后的酸性废水利用膜过滤浓缩系统进行过滤浓缩，得到酸性废水浓缩液;
(3)将所述酸性废水浓缩液经过预热后进入蒸发系统进一步蒸发浓缩;
其中，步骤(1)中酸性废水和步骤(3)中酸性废水浓缩液互为冷热源，进行热交换，同时实现酸性废水的降温和酸性废水浓缩液的预热。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述粘胶纤维酸性废水为在粘胶纤维生产过程中排放的夹带酸浴的纤维冲洗水，排放位置在纤维切断前或纤维切断后。
粘胶纤维的制备方法通常包括粘胶的制备、纺丝成型、后处理三个步骤，一般是由纤维素原料提取出纯净的α-纤维素(称为浆粕)，用烧碱、二硫化碳处理，得到橙黄色的纤维素黄原酸钠，再溶解在稀氢氧化钠溶液中，成为粘稠的纺丝原液，称为粘胶。粘胶经过滤、熟成(在一定温度下放置约18～30h，以降低纤维素黄原酸酯的酯化度)、脱泡后，进行湿法纺丝，凝固浴(酸浴)由硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成。粘胶中的纤维素黄原酸钠与凝固浴中的硫酸作用而分解，纤维素再生而析出，所得纤维素纤维经水洗、脱硫、漂白、干燥后成为粘胶纤维。本发明处理的废水是在粘胶纤维工厂生产粘胶纤维的生产线中，纺练车间进行湿法纺丝时产生的夹带酸浴的纤维冲洗水，该废水从纺练车间排放出来的位置在湿法纺丝的纤维切断前或纤维切断后。
进一步，所述粘胶纤维酸性废水的温度为85-98℃，各组份浓度为硫酸5-13g/L、硫酸钠15-40g/L、硫酸锌0.3-1.1g/L，浊度为30-50ntu。
因为凝固浴由硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成，其冲洗水也自然含有这些物质。而浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关。由此可见，粘胶纤维酸性废水中明显还含有一定量的悬浮物。
进一步，在步骤(1)降温之前，所述酸性废水还可以进行预处理：将酸性废水集中收集后，恒温搅拌并自然沉降，然后过滤去除水中悬浮物。
更具体的，将粘胶纤维酸性废水用泵输送到收集罐中集中收集，保持恒温搅拌预先设定的时间后，停止搅拌，靠重力作用自然沉降。
进一步，所述收集罐为碳钢衬高温胶设备，并带有搅拌器。
本发明的收集罐可以由耐高温的碳钢衬胶储罐改造而成，其耐温范围在100-110℃，其上加装搅拌器，并配合一些现有的检测系统和控制系统，可以进行本发明步骤(1)。具体的，搅拌器为框式或浆式搅拌器，搅拌器的转速50-100rpm。
进一步，酸性废水恒温搅拌的温度为85-95℃，时间为1.5-3h;自然沉降的时间为1-2h，在自然沉降后将酸性废水的温度降至30-38℃;过滤采用0.1um-10um孔径的微过滤设备。
微过滤是指将颗粒从流体(气体或液体)中分离出来的一种技术，属于过滤技术中的一种，它与其他的分离方法及适用范围有所不同，介于常规过滤和超滤之间。
本发明步骤(1)之前酸性废水的预处理的具体步骤是：粘胶纤维酸性废水经过集中收集至带搅拌的设备后搅拌，然后经过自然沉降，将水中溶解的胶体物质和其它杂质析出并沉降下来，用过滤设备将析出的沉降物和悬浮物过滤去除。其原理是：酸性废水中溶的胶体物质和其它杂质会随着搅拌不断碰撞团聚成大颗粒，停止搅拌自然沉降1-2小时，形成的大颗粒胶体粒子会析出沉积在收集罐底部，然后经过过滤设备除去析出的沉降物和悬浮物，将水的浊度降至8-15ntu。
本发明采用搅拌、沉降和过滤的方式除去粘胶纤维酸性废水中的胶体物质和其它悬浮物，降低废水的浊度，提高下一步利用膜过滤浓缩系统进行进一步处理的运行效率，降低运行成本，延长膜使用周期，缩短膜清洗时间，对膜过滤浓缩技术应用于粘胶纤维酸性废水处理具有推动和指导意义。
进一步，步骤(1)中所述酸性废水的降温采用换热降温和真空闪发降温的方式，将酸性废水降温至30-38℃。
降温具体可以选择在预处理中进行，在自然沉降后的进行降温，也可以选择在预处理全部结束后再进行降温。降温的目的是使酸性废水达到经过膜过滤浓缩系统所需要的温度，过高的温度会对膜过滤浓缩系统产生破坏，而且不利于过滤浓缩的进行。进一步，所述换热降温采用的是换热器，为换热器提供冷源的是步骤(2)中经过膜过滤浓缩系统处理后得到的酸性废水浓缩液，所述真空闪发降温采用多级真空闪发，产生的二次蒸汽用于步骤(3)的蒸发系统。
进一步，所述换热降温采用的是换热器，为换热器提供冷源的是步骤(2)中经过膜过滤浓缩系统处理后得到的酸性废水浓缩液，所述真空闪发降温采用多级真空闪发，产生的二次蒸汽用于步骤(3)的蒸发系统。
步骤1)中具体实施时，温度较高的所述酸性废水的降温过程是采用换热降温和真空闪发降温的方式，将经过预处理后的高温酸性废水分成两部分，第一部分高温酸性废水采用多级真空闪发工艺降温，闪发后产生的的二次蒸汽进入蒸发系统使用，第二部分高温酸性废水换热是采用换热器降温，为其提供冷源的是膜过滤浓缩系统过滤浓缩处理后的酸性废水浓缩液。而具体两种方式的处理量的比例可以根据实际生产及换热的需要进行调整。这样，酸性废水降温过程不额外引入冷源，并充分收集降温时的热能利用至蒸发系统。
进一步，步骤(2)中所述膜过滤浓缩系统采用超滤、反渗透或超滤、电渗析的膜组合处理方式，或者，采用陶瓷膜、反渗透或陶瓷膜、电渗析的膜组合处理方式。
本发明中的膜过滤浓缩系统可以采用以超滤为主的膜过滤浓缩方式，即采用超滤+反渗透或者超滤+电渗析的膜组合处理方式，也可以采用以陶瓷膜为主的膜过滤浓缩方式，即陶瓷膜+反渗透或者陶瓷膜+电渗析的膜组合处理方式。
进一步，膜过滤浓缩系统处理后的酸性废水浓缩液的温度为33-38℃;各组份浓度为硫酸25-30g/L、硫酸钠75-90g/L、硫酸锌2-2.5/L。而膜过滤浓缩系统处理分离出的滤液作为生产用水回用至粘胶纤维生产系统。
进一步，步骤(3)中所述酸性废水浓缩液的预热采用换热升温的方式，预热后的温度为82-90℃。
进一步，所述换热升温采用的是换热器，为换热器提供热源的是步骤(1)中的酸性废水。
步骤(2)得到的酸性废水浓缩液的初始温度并不高，为了后续更好的进行蒸发浓缩，需要先进行预热，而预热所用热源为之前步骤(1)中温度较高的酸性废水，也就是说，步骤(1)中的温度较高的酸性废水与这里膜过滤浓缩系统处理后的温度较低的酸性废水浓缩液互为冷热源，通过换热器对两处液体进行换热，提供热能的综合利用，减少能耗和运行成本。
进一步，所述蒸发系统采用多效蒸发装置、多级闪蒸装置或MVR蒸发器，经过蒸发系统处理后得到的最终浓缩液中各组份浓度为硫酸115-120g/L、硫酸钠345-360g/L、硫酸锌9.5-12g/L。而经过蒸发系统处理后得到的最终浓缩液回用至粘胶纤维生产系统中的酸浴步骤，蒸发系统产生的冷凝水作为生产用水回用至粘胶纤维生产系统。
膜过滤浓缩系统适合处理低浓度的酸性废水，先对预处理后的粘胶纤维生产过程中排放的夹带酸浴的纤维冲洗水进行膜过滤浓缩，初步提升酸性和盐浓度。而蒸发系统适合处理高浓度的酸性废水，可以进一步提高废水中酸性和盐浓度，使得浓缩后的酸性废水可以用于粘胶纤维生产车间中的酸浴系统。两个系统中产生的滤液和冷凝水也可以作为生产用水回用至粘胶纤维生产系统。
采用膜过滤浓缩系统和蒸发系统相结合的生产工艺对酸性废水进行浓缩处理，充分发挥蒸发系统和膜过滤浓缩系统分别对高低浓度废水处理的技术优势，可以节省设备投资和运行费用，提高运行效率。本发明既可以降低外排水盐含量，实现资源循环使用，降低污水处理成本和生产成本,对整个粘胶纤维产业的良性发展具有推动和指导意义。
本发明的有益效果是：在高温酸性废水降温的过程中不额外引入冷源，充分平衡高温酸性废水降温和升温过程的热能，降低采用膜过滤浓缩和蒸发相结合的技术处理高温酸性废水的能耗，充分的实现了热能的综合利用，减少了能耗和运行的成本。
