申请日2014.06.25
公开(公告)日2014.09.10
IPC分类号C02F1/04; C02F103/30; C02F5/00
摘要
本发明是一种低成本处理含有高浓度盐碱废水的污水综合处理工艺和染厂元明粉纯碱循环利用工艺。它包括六个工艺流程，巧妙利用原有蒸汽，实现原有蒸汽中热量向污水蒸汽中转移，不浪费新能源。它解决了高浓度盐碱污水的综合治理难题，保障原用蒸汽单位用汽数量质量的同时，实现部分工业用水循环利用、废水热能回收、废水中可用物质回收三大目的，使企业能够从治理污水中获利，积极主动投资高盐碱污水治理。它使得纺织染色行业中使用本发明的企业回收并循环利用了以前排放掉的元明粉、纯碱、水和热能，使得染色行业高污染问题可以得到较好解决。
摘要附图
权利要求书
1.一种低成本综合治理高回收价值污水和实现染色厂元明粉纯碱循环利用 的工艺方法和装置，其主要工艺内容包括：【1】废水选择工艺流程，对要处理 的废水进行甄别，有选择性的进行处理，选择高污染、高盐碱、中高温、含有 少量或者不含易挥发气体污水进行处理;在棉纱染色行业中，可选择60℃以上 的染色废水进行处理，含有不同类型物质的废水用不同的保温罐储存，用匀速 水泵将分类后的污水送入污水蒸发炉中;【2】污水蒸发炉防结垢工艺流程，对 保温罐和废水蒸发炉进行防结垢保护处理;【3】污水蒸发工艺流程，采用当地 所用蒸汽作为热源，通过蒸汽热交换器将污水蒸发，水中盐碱浓度越来越高， 直到结晶析出，待结晶达到一定程度后，将饱和浓度污水与结晶盐碱一起放出， 进入可用污染物质回收工艺流程;【4】蒸汽过滤工艺流程，主要包括三点：一 是污水蒸发炉内要有足够空间和高度使泡沫自动破裂，二是在蒸发炉上方设置 蒸汽过滤装置，三是必要时可以在污水中添加消泡剂，减少或消除泡沫;蒸汽 过滤装置2分为三层，第一、二层滤材为纳米滤布，主要是消除泡沫，第三层 为活性炭，进一步净化污水蒸汽;【5】污水产生的新蒸汽使用工艺流程，污水 蒸发后获得的新蒸汽，经过滤净化后，再经温度与压力调节，通过蒸汽管道直 接进入使用蒸汽的工矿企业或单位;【6】可回收物质与元明粉纯碱的回收工艺 流程，经过浓缩的无机盐碱饱和溶液与部分结晶盐碱，视成分进行分离处理。 同种成分的集中处理，若含有不易于挥发的有机物，通过150-400℃蒸馏，即可 分离无机物与有机物;纺织染色废水中，主要含有元明粉、纯碱、活性染料; 经蒸发浓缩的污水和结晶物混合体，去水干燥后，通过150-400℃的高温蒸馏， 即可得到含有一定比例的元明粉与纯碱，制成某种比例的高浓度溶液，就可再 次投入生产中使用，从而实现元明粉与纯碱的循环利用。
2.根据权利要求1所述废水选择工艺流程【1】，其主要技术特征为：对要 处理的废水进行甄别，有选择性的进行处理，选择高污染、高盐碱、中高温、 含有少量或者不含易挥发气体污水进行处理;在棉纱染色行业中，可选择60℃ 以上的染色废水进行处理，含有不同类型物质的废水用不同的保温罐储存，用 匀速水泵将分类后的污水送入污水蒸发炉中。
3.根据权利要求1所述污水防结垢工艺流程【2】，其主要技术特征为：保 温罐与废水蒸发炉内壁铺上耐高温橡胶皮、塑料膜(或者其它耐高温与便于清 理结垢的附着物);废水蒸发炉内的蒸汽热交换器和蒸汽管道外粘一层锡箔(或 其它便于传热和情节更换的附着物)，密封好;蒸发污水一段时间后，获得结晶 体和高浓度盐碱溶液混合物，排放混合物后，工作人员从密封门13进入蒸发炉 内，对结垢严重的橡胶或塑料膜、锡箔进行清洁或更换。
4.根据权利要求1所述污水蒸发工艺流程【3】，其主要技术特征为：采用 当地所用蒸汽作为热源，通过蒸汽热交换器5将污水蒸发，通过蒸汽温度与压 力调节装置15、17、18、19，自动调节污水蒸汽温度与压力，保障用汽单位的 正常需求;污水在蒸发炉内连续蒸发，水中盐碱浓度越来越高，直到结晶析出; 待结晶达到一定程度后，关闭污水供水阀9和蒸汽阀门11、15，打开蒸汽阀门 18，将饱和浓度污水与结晶盐碱一起放出，进入可用污染物质回收工艺流程。
5.根据权利要求1所述蒸汽过滤工艺流程【4】，其主要特征是：为防止沸 腾飞溅泡沫进入蒸汽管道，设置三个工艺，包括：一是污水蒸发炉内要有足够 空间和高度使泡沫自动破裂，二是在蒸发炉上方设置蒸汽过滤装置，三是必要 时可以在污水中添加消泡剂，减少或消除泡沫;蒸汽过滤装置2分为三层，第 一、二层滤材为纳米滤布，主要是消除泡沫，第三层为活性炭，进一步净化污 水蒸汽。
6.根据权利要求1所述污水产生的新蒸汽使用工艺流程【5】，其主要特征 是：污水蒸发后获得的新蒸汽，需要经过蒸汽过滤装置2过滤净化，再经温度 与压力调节装置15、17、18、19的调节，获得合乎用汽单位要求的蒸汽，通过 蒸汽管道进入使用蒸汽的工矿企业或单位。
7.根据权利要求1所述可回收物质与元明粉纯碱的回收工艺流程【6】，其 主要技术特征是：经过浓缩的无机盐碱饱和溶液与部分结晶盐碱，视成分进行 分离处理，同种成分的集中处理;先干燥，再蒸馏;若含有不易于挥发的有机 物，通过150-400℃蒸馏，即可分离无机物与有机物;纺织染色废水中，主要含 有元明粉、纯碱、活性染料;经蒸发浓缩的污水和结晶物混合体，去水干燥后， 通过150-400℃的高温蒸馏，即可得到含有一定比例的元明粉与纯碱;将其制成 某种比例的高浓度溶液，就可再次投入生产中使用，从而实现元明粉与纯碱的 循环利用。
8.根据权利要求1所述，污水蒸发脱盐系统主要包括：(1)污水蒸发炉，(2) 污水蒸汽温度与压力自动调节装置，(3)污水蒸汽过滤净化系统，((4)当地蒸 汽供应管道与用汽单位。
9.根据权利要求8所述，污水蒸发炉主要由以下构件组成：(1)污水蒸汽 输出管道1，(2)阀门11，(3)污水蒸汽过滤装置2，(3)污水蒸发炉体3，(4) 密封门13，(5)蒸汽热交换器5，(6)供热蒸汽输出阀门7，(7)供热蒸汽输出 管道6，(8)污水输入管道8，(9)阀门9，(10)供热蒸汽输入管道14，(11) 排放口10，(12)阀门16。
10.根据权利要求8所述，污水蒸汽温度与压力自动调节装置主要由以下构 件组成：(1)蒸汽供给自动调节阀15，(2)蒸汽温度或压力传感器17，(3)蒸 汽供给自动调节阀18，(4)蒸汽温度压力调节自动控制器19。
说明书
一种高盐碱污水综合治理与元明粉纯碱循环利用工艺
技术领域
本发明属于环境保护技术，适用于高价值重污染型污水的净化循环利用与污水热能回收，适用于 纺织染色行业，可实现染色污水中的水、热能、元明粉与纯碱的循环利用。
背景技术
目前，国内外在对污水处理上，多采用沉淀、过滤、加药、污泥处理等传统方法，这些方法对工 业轻污染型污水有较好的处理效果，但在对工业重度污水处理上不但成本高昂，有些甚至就无法处理，如 纺织染色、电镀、矿业等无机盐碱含量较高的重度污水。这类污水，加药沉淀会产生非沉淀无机盐，造成 新的污染，或者盐碱含量过高，在经过污泥处理程序时，高浓度盐碱会杀死污泥中的细菌，使得污水处理 无法进行下去。这一类处理技术不但难以根除水中的污染物质，处理后的污水也较难循环利用。
这一类高污染行业，因治理成本高昂，很多企业偷排现象较多，污染严重，每天都在侵害着我们 的环境，至今缺乏低成本的有效的治理方法。
很多地方政府，为了保护环境，将这一类行业关停或者迁移出去，使得这一类企业发展受到限制， 也影响了地方和国内经济发展。
在纺织染色行业，很多厂家是直接将中高温且含有元明粉与纯碱等可回收物质的染色废水排放进 市政污水处理系统，加重市政污水处理负担，污染了环境，也浪费了能源与资源。
目前国内棉纱年产量约3000万吨，若全部染色，需用元明粉约900万吨，需用纯碱约300万吨， 需用水至少12亿吨，由于缺乏适用的回收工艺，这些物质几乎全部被排放掉了。染色废水中相当一部分 是60-100℃的中高温废水，废水中的热量也排放掉了。综合浪费可能高达300亿元以上。
在工农业生产和生活中，很多污水都是40-100℃的中高温热水。用普通热交换器从废水中回收热 能，热交换器可能很快就因结垢问题而难以传热。污水热交换器的科学设计方法，至今没有得到解决。
目前综合治理高浓度盐碱废水的技术方法主要有：1、沉淀-过滤-生化污泥法，主要是各市政污水 处理系统，这种方法因某些化学物质如元明粉(硫酸钠)与纯碱(碳酸钠)不可沉淀，因此难以根治污染; 2、多效脱盐法，主要是多级蒸发脱盐，用真空泵使得第一级脱盐在负压环境下进行，获得的蒸汽经过真 空泵绝热加压升温后，成为第二级蒸发热源，逐次加级蒸发，最终使得水中盐碱完全脱离，这种方法工艺 复杂，对设备要求也高，需用大量电力，成本也高，而且，用过一段时间后，真空泵会因为结垢而效率降 低甚至无法使用;3、闪蒸法，哈尔滨工大金涛科技股份有限公司申请的专利《中高温废水水循环热能回 收方法与装置》中采用闪蒸与循环水间壁式吸热，较好的解决了废水热能的回收问题和水循环利用问题， 需用大量电力，保持闪蒸罐的负压，成本高，设备与工艺复杂，无较好的解决闪蒸设备的污水结垢问题的 方法，使得闪蒸设备用过一段时间以后就无法正常使用。
发明内容
为了解决高浓度盐碱污水的综合治理难题，实现水循环利用、废水热能回收、废水中可用物质的 回收三大目的，为了克服污水结垢损毁设备问题和治理成本高的问题，也为了能够使得企业从治理污水中 获利从而增加主动投资污水治理的积极性问题，本发明提出的低成本技术方案是：选择有使用蒸汽的企业 单位，利用原有供热蒸汽，蒸发污水，将获得的新蒸汽供原用汽单位使用，实现热量从原蒸汽向新蒸汽的 转移，不浪费新热能，实现低成本处理污水;对新蒸汽进行过滤和调温调压处理，以保证新蒸汽达到应用 条件，并保证在对污水蒸发设备进行清理时，原用蒸汽单位的供汽不受影响;对污水蒸发设备进行防结垢 处理，以保证设备正常使用;循环使用蒸汽水，以实现节能节水;回收并处理染厂排放的含有元明粉和纯 碱的废水，对含有有机染料杂质的元明粉纯碱混合物进行蒸馏，以获得可循环利用的元明粉和纯碱。
本发明的技术方案由下列步骤组成：
废水选择工艺流程
对要处理的废水进行甄别，有选择性的进行处理。
因使用蒸汽的单位有限，而使用本方法会产生大量蒸汽，不可能对所有的污水都进行蒸发，只能是依 据使用地区的蒸汽需求量设计有限的污水处理能力。轻污染污水、含有较少热能与可回收物质的废水，可 直接进入市政污水处理系统。不含或者少含易挥发气体、重污染、含有较高回收价值的废水，可进入本发 明的污水处理系统中，在废水蒸发炉中处理。在棉纱染色行业中，可选择60℃以上的染色废水进行处理。
含有不同类型物质的废水用不同的保温罐储存，用匀速水泵将分类后的污水送入污水蒸发炉中。
污水蒸发炉防结垢工艺流程
对保温罐和废水蒸发炉进行防结垢保护处理。这一内容主要包括：a、保温罐与废水蒸发炉内壁铺上 耐高温橡胶或者塑料膜;b、废水蒸发炉内的蒸汽热交换器和蒸汽管道外粘一层锡箔，密封好，粘牢固， 必要时可捆绑，以防止蒸发过程中脱落。
蒸发污水一段时间后，获得结晶体和高浓度盐碱溶液混合物，排放混合物后，工作人员从密封门13 进入蒸发炉内，对结垢严重的橡胶或塑料膜、锡箔进行清洁或更换。
污水蒸发工艺流程
采用当地所用的普通工业或者供热蒸汽作为热源，通过蒸汽热交换器将热量传递到污水中，使污水沸 腾蒸发。采用130℃左右的蒸汽蒸发污水，即便是污水中盐碱结晶结垢，污水蒸发炉也不存在爆炸危险。
随着污水沸腾产生新蒸汽，污水蒸发炉内的温度和压力越来越高，当蒸发炉内的温度和压力达到原供 热蒸汽的温度和压力后，蒸汽热交换器内外热量平衡，污水不再传热。此时，只要开启污水供水阀9，污 水蒸发炉对外输出蒸汽，蒸汽热交换器5就将持续对污水输出热量，直到达成新的热平衡。
污水在蒸发炉内连续蒸发，水中盐碱浓度越来越高，直到结晶析出。待结晶达到一定程度后，关闭污 水供水阀9和蒸汽阀门11、15，打开蒸汽阀门18，将饱和浓度污水与结晶盐碱一起放出，进入可用污染 物质回收工艺流程。
采用蒸汽蒸发污水过程中，原来的供热蒸汽传热给污水后，温度降低，压力减小，冷凝液化。若供热 锅炉采用蒸汽循环流化床锅炉，则不用考虑原供热蒸汽冷凝水的回收问题。若是其他类型锅炉，则蒸汽冷 凝水的回收循环利用就要进行系统设计。在纺织染色行业，这种高温蒸汽水，可直接用于纱线、布料等 的前处理和染色后洗涤等工序，从而实现水的循环利用。
蒸汽过滤工艺流程
蒸汽过滤工艺主要是防止沸腾飞溅泡沫进入蒸汽管道。主要包括三点：一是污水蒸发炉内要有足够空 间和高度使泡沫自动破裂，二是在蒸发炉上方设置蒸汽过滤装置，三是必要时可以在污水中添加消泡剂， 减少或消除泡沫。
蒸汽过滤装置2分为三层，第一、二层滤材为纳米滤布，主要是消除泡沫，第三层为活性炭，进一步 净化污水蒸汽。
污水产生的新蒸汽使用工艺流程。
污水蒸发后获得的新蒸汽，经过滤净化后，通过蒸汽管道直接进入使用蒸汽的工矿企业或单位。
有的企业对新蒸汽的温度和压力有严格的要求，有的可以适当放宽。有严格要求的，需要增加蒸汽压 力自动调节阀，用原供热蒸汽进行调节。在新蒸汽压力与温度不足时，原蒸汽自动供给阀门18在蒸汽压 力调节自动控制器19的控制下自动打开，对不足的压力和温度进行补偿，以保证原蒸汽的用汽单位的蒸 汽压力和温度。在新蒸汽压力与温度足够时，原蒸汽的自动调节阀门18关闭，完全由污水蒸发炉提供蒸 汽。若新蒸汽压力与温度过大时，原蒸汽调节阀门15与18均关闭，不再输出热量以自动降温降压。没有 严格要求的，则可以直接使用。
在纺织染色上，前处理的煮练工艺和活性染料染色工艺均可使用不经压力调节的蒸汽。
可回收物质与元明粉纯碱的回收工艺流程。
经过浓缩的无机盐碱饱和溶液与部分结晶盐碱，视成分进行分离处理。同种成分的集中处理。
若含有不易于挥发的有机物，通过150-400℃蒸馏，即可分离无机物与有机物。
纺织染色废水中，主要含有元明粉、纯碱、活性染料。经蒸发浓缩的污水和结晶物混合体，去水干燥 后，通过150-400℃的高温蒸馏，即可得到含有一定比例的元明粉与纯碱。因前期对污水进行了选择区分 储存，后期得到的元明粉纯碱成分比例比较稳定。只需要混合均匀，或者制成某种比例的高浓度溶液，就 可再次投入生产中使用，从而实现元明粉与纯碱的循环利用。蒸馏出来的活性染料混合物可出售给染料厂 加工分离，实现染料的循环利用和无污染排放。
本发明的有益效果是：解决高浓度盐碱污水的综合治理难题，保障原用蒸汽单位用汽数量质量问 题的同时，实现部分工业用水水循环利用、废水热能回收、废水中可用物质的回收三大目的，解决了污水 蒸汽中含有飞溅泡沫从而使污水蒸汽中含有过多杂质的问题，解决了污水蒸发器的结垢问题，克服污水结 垢损毁设备问题和治理成本高的问题，使得从废水中回收可用物质称为可能，从而使得企业可能从治理污 水中获利，积极主动投资污水治理，回收并循环利用了纺织染色行业排放掉的元明粉与纯碱、水和热能， 使得染色行业高污染问题可以得到较好解决。
