申请日2011.11.02
公开(公告)日2012.05.02
IPC分类号C02F9/10; C01D5/00; C01C1/24
摘要
本发明公开了一种钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其包括按废水的处理顺序依次连接的无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统，以及用于监测该设备的可编程逻辑控制系统，无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统对废水进行浓缩、结晶，经过固液分离得到无水硫酸钠晶体和第一溶液;母液冷却结晶系统对第一溶液进行冷却、结晶，经过固液分离得到硫酸钠和硫酸铵的复盐以及第二溶液;硫酸铵蒸发结晶系统对第二溶液进行蒸发浓缩、结晶，经过固液分离得到包括硫酸铵和氯化铵的混合铵盐以及第三溶液。本发明可直接从废水中分步结晶回收无水硫酸钠、硫酸铵和冷凝水，全面实现沉钒废水的资源化处理。
权利要求书
1.一种钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其特征在 于：所述资源化处理设备包括按废水的处理顺序依次连接的无水硫酸钠蒸发 结晶与分离系统(1)、母液冷却结晶系统(3)和硫酸铵蒸发结晶系统(4)， 以及用于监测所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统(1)、母液冷却结晶系统 (3)和硫酸铵蒸发结晶系统(4)中的至少一个中的温度、流量、液位、密 度和压力中的至少一个的可编程逻辑控制系统(5)，
其中，所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统对废水进行浓缩、结晶，然 后经过固液分离得到无水硫酸钠晶体和第一溶液;
所述母液冷却结晶系统对所述第一溶液进行冷却、结晶，然后经过固液 分离得到硫酸钠和硫酸铵的复盐以及第二溶液;
所述硫酸铵蒸发结晶系统对所述第二溶液进行蒸发浓缩、结晶，然后经 过固液分离得到包括硫酸铵和氯化铵的混合铵盐以及第三溶液。
2.根据权利要求1所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统包括设置在所述无水硫酸钠 蒸发结晶与分离系统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统中的至少一 个系统中的至少一个温度传感器(5-3)、电磁流量计(5-6)、液位控制器(5-5)、 密度传感器(5-4)或压力传感器(5-2)和与所述至少一个温度传感器、电磁 流量计、液位控制器、密度传感器或压力传感器连接的可编程逻辑控制器 (5-1)，以用于监测所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统、母液冷却结晶系 统和硫酸铵蒸发结晶系统中的至少一个系统中的温度、流量、液位、密度或 压力中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述资源化处理设备还包括与所述无水硫酸钠蒸发结 晶与分离系统连接的、用于烘干并包装所述无水硫酸钠晶体的无水硫酸钠干 燥包装系统(2)。
4.根据权利要求1或2所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源 化处理设备，其特征在于：所述资源化处理设备还包括用于将所述第三溶液 提供至所述母液冷却结晶系统的入口的管道。
5.根据权利要求1或2所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源 化处理设备，其特征在于：所述资源化处理设备还包括用于将所述硫酸钠和 硫酸铵的复盐提供至所述废水中的装置。
6.根据权利要求1所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统包括按废水的处 理顺序依次连接的调节池(1-2)、第一预热器(1-4)、第一蒸发器(1-5)、汽 液分离罐(1-6)、加热器(1-7)、第一蒸发结晶器(1-8)、第一稠厚器(1-9)、 第一固液分离器(1-10)和滤液槽(1-11)。
7.根据权利要求6所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统包括用于监测第一预热器中 的压力和温度的压力传感器和温度传感器、用于监测第一蒸发器中的压力和 温度的压力传感器和温度传感器、用于监测汽液分离罐中的压力和温度及液 位的压力传感器和温度传感器及液位控制器、用于监测连接汽液分离罐与加 热器的管道中的流体的流量和密度的电磁流量计和密度传感器、用于监测加 热器中的温度的温度传感器、用于监测连接加热器与第一蒸发结晶器的管道 中的流体的流量的电磁流量计、用于监测第一蒸发结晶器中的压力和温度及 液位的压力传感器和温度传感器及液位控制器、用于监测连接第一蒸发结晶 器与第一稠厚器的管道中的流体的密度的密度传感器、用于监测第一固液分 离器中的温度的温度传感器、用于监测连接第一稠厚器与滤液槽的管道中的 流体的流量的电磁流量计以及用于监测连接滤液槽与母液冷却结晶系统的管 道中的流体的流量的电磁流量计。
8.根据权利要求6所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统还包括与所述调 节池连接的、用于调节流经调节池的废水的酸碱度的酸碱稀释槽(1-3)。
9.根据权利要求6所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处 理设备，其特征在于：所述第一蒸发器采用低温多效蒸发器并且所述低温多 效蒸发器的效数不超过四效，所述第一蒸发结晶器采用连续蒸发结晶器;或 者所述第一蒸发器采用机械式蒸汽再压缩蒸发器，所述第一蒸发结晶器采用 机械式蒸汽再压缩蒸发结晶器。
10.根据权利要求3所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述无水硫酸钠干燥包装系统包括顺序连接的送料 机(2-1)、料仓(2-2)、流化床干燥机(2-3)、料桶(2-7)和自动包装机(2-8)， 所述无水硫酸钠干燥包装系统还包括与所述流化床干燥机连接的风机(2-5) 和与所述风机连接的换热器(2-4)，所述风机用于将由所述换热器加热的空 气引入所述流化床干燥机。
11.根据权利要求10所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统包括用于监测流化床干燥 机中的温度的温度传感器。
12.根据权利要求10所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述无水硫酸钠干燥包装系统还包括设置在所述流 化床干燥机与所述料桶之间的旋风除尘器，以对经流化床干燥机干燥的物料 进行除尘处理并将净化后的空气排出。
13.根据权利要求1所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述母液冷却结晶系统包括按第一溶液的处理顺序 依次顺序连接的初冷器(3-1)、一次结晶器(3-2)、第二固液分离器(3-3)、 一次结晶母液储槽(3-4)、再冷器(3-5)、二次结晶器(3-6)、第三固液分离 器(3-7)和精制液槽(3-8)，所述母液冷却结晶系统还包括冷水机组(3-9) 和复盐溶解槽(3-10)，所述冷水机组与再冷器连接以向再冷器提供冷却水或 冷却液体，所述复盐溶解槽用于溶解从第二固液分离器和第三固液分离器分 离得到的硫酸钠和硫酸铵的复盐，并将溶解所述复盐而得到的溶液提供至所 述调节池。
14.根据权利要求13所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述初冷器为管壳式换热器，所述初冷器所使用的 冷却媒体采用废水或工业循环冷却水，所述一次结晶器采用具有淘洗功能的 连续蒸发结晶器。
15.根据权利要求13所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统包括用于监测初冷器中的 温度的温度传感器、用于监测一次结晶器中的温度和液位的温度传感器和液 位控制器、用于监测一次结晶母液储槽中的温度的温度传感器、用于监测二 次结晶器中的温度和液位的温度传感器和液位控制器、用于监测连接第三固 液分离器与精制液槽的管道中的流体的流量的电磁流量计、用于监测连接精 制液槽与硫酸铵蒸发结晶系统的管道中的流体的密度的密度传感器。
16.根据权利要求1所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述硫酸铵蒸发结晶系统包括按第二溶液的处理顺 序依次连接的第二预热器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第二蒸发结晶器(4-3)、 第二稠厚器(4-4)和离心机(4-5)，所述硫酸铵蒸发结晶系统还包括与离心 机连接的循环泵(4-6)，所述循环泵用于将由离心机分离得到的第三溶液提 供至所述母液冷却结晶系统的入口。
17.根据权利要求16所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统包括用于监测第二预热器 中的温度的温度传感器、用于监测第二蒸发器中的压力和温度及液位的压力 传感器和温度传感器及液位控制器、用于监测连接第二蒸发器与第二蒸发结 晶器的管道中的流体的密度和流量的密度传感器和电磁流量计、用于监测第 二蒸发结晶器中的压力和温度及液位的压力传感器和温度传感器及液位控制 器、用于监测连接第二蒸发结晶器与第二稠厚器的管道中的流体的密度的密 度传感器、用于监测第二稠厚器中的温度的温度传感器、用于监测离心机中 的温度的温度传感器、用于监测连接离心机与循环泵的管道中的流体的流量 的电磁流量计。
18.根据权利要求2所述的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化 处理设备，其特征在于：所述可编程逻辑控制系统还包括设置在所述无水硫 酸钠蒸发结晶与分离系统之前、设置在所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统 与所述母液冷却结晶系统之间以及设置在所述母液冷却结晶系统与所述硫酸 铵蒸发结晶系统之间以分别监测废水、第一溶液和第二溶液中的Na+、NH4+离子浓度的Na+、NH4+在线监测仪(5-7)。
说明书
钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备
技术领域
本发明涉及一种废水处理设备，具体涉及一种钠化焙烧-浸出-酸性铵盐 沉钒废水的资源化处理设备。
背景技术
目前，世界上氧化钒生产所采用的原料包括由含钒矿物得到的钒渣、含 钒石煤、废催化剂和石油烧渣等。氧化钒的生产工艺主要有两种，一种工艺 是钙化焙烧-酸浸-水解沉钒(简称石灰法);另一种工艺是钠化焙烧-浸出-铵 盐沉钒(简称钠盐法)，钠盐法工艺生产的钒产品质量高，生产稳定。
然而，钠盐法工艺产生的废水是一种高氨氮、高V(V)或高V(V)和Cr(VI)的酸性无机废水，它同时还含有高浓度的硫酸盐和氯化物以及少量杂质。对 该钠盐法废水进行经济的达标治理较为困难，并且对该钠盐法废水进行治理 一直是世界废水处理领域的难题之一。
目前，国内一般采用两种处理方法，一种方法是在废水除钒铬后，苛化 (pH为11～12)脱氨，脱氨后用硫酸将其pH调节为7～8后进行多效蒸发 浓缩结晶，以得到无水硫酸钠和氯化钠的混合盐，脱氨过程的含氨尾气用硫 酸吸收以制取硫酸铵溶液或晶体，硫酸铵晶体作为沉钒剂回用，冷凝水作为 生产水回用。另一种方法是如于2007年12月26日公开的公开号为 CN101092272A的专利申请中所提到的，在废水除钒铬后，加热到80℃以上 进行多效蒸发，蒸发浓缩浓浆在50～70℃结晶，仅回收硫酸钠与硫酸铵的混 合晶体和冷凝水。
前一种方法治理彻底，但工艺流程长、投资大、能耗高，多数企业无力 承担高昂的投资和运行费用，往往在除钒铬后进行稀释排放。后一种方法工 艺相对简单，但不能有效回收利用废水中的钠盐与铵盐。铵盐以杂质的形式 进入硫酸钠晶体和冷凝水中，造成硫酸钠产品中铵盐含量高(6%～20%)，无 法有效利用;因蒸发浓缩过程控制溶液的pH在8.0～8.5，冷凝水氨氮含量高 (氨400mg/L～1200mg/L)，回用过程中因氨释放污染环境。上述方法相应的 废水处理设备也因处理方法的不足而导致应用受限。
综上所述，亟需一种可对钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水进行资源化 处理的设备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中 的存在一个或多个问题。
本发明提供了一种直接从钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水中分步结晶 回收无水硫酸钠、硫酸铵和冷凝水，实现沉钒废水资源化处理的设备。
为了实现上述目的，本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源 化处理设备包括按废水的处理顺序依次连接的无水硫酸钠蒸发结晶与分离系 统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统，以及用于监测所述无水硫酸 钠蒸发结晶与分离系统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统中的至少 一个中的温度、流量、液位、密度和压力中的至少一个的可编程逻辑控制系 统，其中，无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统对废水进行浓缩、结晶，然后经 过固液分离得到无水硫酸钠晶体和第一溶液;母液冷却结晶系统对所述第一 溶液进行冷却、结晶，然后经过固液分离得到硫酸钠和硫酸铵的复盐以及第 二溶液;硫酸铵蒸发结晶系统对所述第二溶液进行蒸发浓缩、结晶，然后经 过固液分离得到包括硫酸铵和氯化铵的混合铵盐以及第三溶液。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统包括设置在所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系 统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统中的至少一个系统中的至少一 个温度传感器、电磁流量计、液位控制器、密度传感器或压力传感器和与所 述至少一个温度传感器、电磁流量计、液位控制器、密度传感器或压力传感 器连接的可编程逻辑控制器，以用于监测所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系 统、母液冷却结晶系统和硫酸铵蒸发结晶系统中的至少一个系统中的温度、 流量、液位、密度或压力中的至少一个。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述资源化处理设备还包括与所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统连接 的、用于烘干并包装所述无水硫酸钠晶体的无水硫酸钠干燥包装系统。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述资源化处理设备还包括用于将所述第三溶液提供至所述母液冷却结 晶系统的入口的管道。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述资源化处理设备还包括用于将所述硫酸钠和硫酸铵的复盐提供至所 述废水中的装置。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统包括按废水的处理顺序依次连接的 调节池、第一预热器、第一蒸发器、汽液分离罐、加热器、第一蒸发结晶器、 第一稠厚器、第一固液分离器和滤液槽。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统包括用于监测第一预热器中的压力和温度的压 力传感器和温度传感器、用于监测第一蒸发器中的压力和温度的压力传感器 和温度传感器、用于监测汽液分离罐中的压力和温度及液位的压力传感器和 温度传感器及液位控制器、用于监测连接汽液分离罐与加热器的管道中的流 体的流量和密度的电磁流量计和密度传感器、用于监测加热器中的温度的温 度传感器、用于监测连接加热器与第一蒸发结晶器的管道中的流体的流量的 电磁流量计、用于监测第一蒸发结晶器中的压力和温度及液位的压力传感器 和温度传感器及液位控制器、用于监测连接第一蒸发结晶器与第一稠厚器的 管道中的流体的密度的密度传感器、用于监测第一固液分离器中的温度的温 度传感器、用于监测连接第一稠厚器与滤液槽的管道中的流体的流量的电磁 流量计以及用于监测连接滤液槽与母液冷却结晶系统的管道中的流体的流量 的电磁流量计。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统还包括与所述调节池连接的、用于 调节流经调节池的废水的酸碱度的酸碱稀释槽。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述第一蒸发器采用低温多效蒸发器并且所述低温多效蒸发器的效数不 超过四效，所述第一蒸发结晶器采用连续蒸发结晶器;或者所述第一蒸发器 采用机械式蒸汽再压缩蒸发器，所述第一蒸发结晶器采用机械式蒸汽再压缩 蒸发结晶器。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述无水硫酸钠干燥包装系统包括顺序连接的送料机、料仓、流化床干 燥机、料桶和自动包装机，所述无水硫酸钠干燥包装系统还包括与所述流化 床干燥机连接的风机和与所述风机连接的换热器，所述风机用于将由所述换 热器加热的空气引入所述流化床干燥机。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统包括用于监测流化床干燥机中的温度的温度传 感器。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述无水硫酸钠干燥包装系统还包括设置在所述流化床干燥机与所述料 桶之间的旋风除尘器，以对经流化床干燥机干燥的物料进行除尘处理并将净 化后的空气排出。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述母液冷却结晶系统包括按第一溶液的处理顺序依次连接的初冷器、 一次结晶器、第二固液分离器、一次结晶母液储槽、再冷器、二次结晶器、 第三固液分离器和精制液槽，所述母液冷却结晶系统还包括冷水机组和复盐 溶解槽，所述冷水机组与再冷器连接以向再冷器提供冷却水或冷却液体，所 述复盐溶解槽用于溶解从第二固液分离器和第三固液分离器分离得到的硫酸 钠和硫酸铵的复盐，并将溶解所述复盐而得到的溶液提供至所述调节池。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述初冷器为管壳式换热器，所述初冷器所使用的冷却媒体采用废水或 工业循环冷却水，所述一次结晶器采用具有淘洗功能的连续蒸发结晶器。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统包括用于监测初冷器中的温度的温度传感器、 用于监测一次结晶器中的温度和液位的温度传感器和液位控制器、用于监测 一次结晶母液储槽中的温度的温度传感器、用于监测二次结晶器中的温度和 液位的温度传感器和液位控制器、用于监测连接第三固液分离器与精制液槽 的管道中的流体的流量的电磁流量计、用于监测连接精制液槽与硫酸铵蒸发 结晶系统的管道中的流体的密度的密度传感器。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述硫酸铵蒸发结晶系统包括按第二溶液的处理顺序依次连接的第二预 热器、第二蒸发器、第二蒸发结晶器、第二稠厚器和离心机，所述硫酸铵蒸 发结晶系统还包括与离心机连接的循环泵，所述循环泵用于将由离心机分离 得到的第三溶液提供至所述母液冷却结晶系统的入口。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统包括用于监测第二预热器中的温度的温度传感 器、用于监测第二蒸发器中的压力和温度及液位的压力传感器和温度传感器 及液位控制器、用于监测连接第二蒸发器与第二蒸发结晶器的管道中的流体 的密度和流量的密度传感器和电磁流量计、用于监测第二蒸发结晶器中的压 力和温度及液位的压力传感器和温度传感器及液位控制器、用于监测连接第 二蒸发结晶器与第二稠厚器的管道中的流体的密度的密度传感器、用于监测 第二稠厚器中的温度的温度传感器、用于监测离心机中的温度的温度传感器、 用于监测连接离心机与循环泵的管道中的流体的流量的电磁流量计。
根据本发明的钠化焙烧-浸出-酸性铵盐沉钒废水的资源化处理设备，其 中，所述可编程逻辑控制系统还包括设置在所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离 系统之前、设置在所述无水硫酸钠蒸发结晶与分离系统与所述母液冷却结晶 系统之间以及设置在所述母液冷却结晶系统与所述硫酸铵蒸发结晶系统之间 以分别监测废水、第一溶液和第二溶液中的Na+、NH4+离子浓度的Na+、NH4+在线监测仪。
本发明通过改进蒸发浓缩结晶及分离的工艺和设备，直接从废水中分步 结晶回收无水硫酸钠、硫酸铵和冷凝水。硫酸钠可以实现市场销售，硫酸铵 返回氧化钒生产系统循环利用，所得冷凝水氨氮含量大大降低，回用环境友 好，全面实现了沉钒废水的资源化处理。
