專(zhuān)利名稱(chēng)：高濃度鹽類(lèi)廢水回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高濃度鹽類(lèi)廢水回收方法。
化學(xué)工業(yè)中許多生產(chǎn)工藝都會(huì)產(chǎn)生含高濃度鹽類(lèi)的廢水。所謂“高濃度”是指生物廢水處理系統(tǒng)中，生物體維持良好地分解有機(jī)物所能承受的鹽類(lèi)最高濃度，而所謂鹽類(lèi)系氯化鈉及氯化鉀。此最高濃度約在0.8～1.5%。由于高濃度鹽類(lèi)廢水無(wú)法用生物系統(tǒng)(包括好氧系統(tǒng)和厭氧系統(tǒng))做有效處理，在當(dāng)今世界環(huán)境日益惡化，對(duì)廢水控制日益嚴(yán)格的情況下，提供一種有效、經(jīng)濟(jì)且不產(chǎn)生任何二次污染的處理方法，是各工業(yè)先進(jìn)國(guó)家全力以赴的努力方向。
一般常見(jiàn)的產(chǎn)生高濃度鹽類(lèi)廢水的化學(xué)工業(yè)主要包括染料工業(yè)、環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)及光氣法聚碳酸酯廠(chǎng)，其廢水成份大致如下1、染料工業(yè)廢水Nacl(或Kcl)20% Na2SO4少量COD(主要為發(fā)色團(tuán)或異構(gòu)物)約100，000PPM;
2、環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)廢水Nacl 20% NaOH 1%總有機(jī)物0.8～1.2% COD 30，000PPM;
3、光氣法聚碳脂廠(chǎng)廢水Nacl 19%NaOH 25～30mg/l 總有機(jī)物＜224PPM上述三種工業(yè)廢水含鹽量高，回收其中的鹽不僅可以降低廢水量，減少?gòu)U水處理成本，同時(shí)具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這種含高鹽廢水是生物系統(tǒng)無(wú)法解決的。現(xiàn)有廢水的處理仍然使用傳統(tǒng)的方法，其流程可分為兩大部分。
1、結(jié)晶將廢水濃縮結(jié)晶。由于鹽類(lèi)以外的分子比鈉、氯離子都大，在結(jié)晶過(guò)程中，控制晶核成長(zhǎng)速率可以避免雜質(zhì)被包進(jìn)晶體中，而達(dá)到純化分離的效果。在晶體離開(kāi)結(jié)晶缶后，經(jīng)固液分離，再用少量水洗滌。然而所得晶體其表面仍附著有母液中的雜質(zhì)。雜質(zhì)層厚度約1～2層分子層。
2、熱處理除去上述晶體表面的雜質(zhì)，有直接焚化法和熱風(fēng)分解法。
a、直接焚化法將回收的鹽類(lèi)送入焚化系統(tǒng)，直接以火焰將有機(jī)層焚燒，但是因?yàn)榛鹧鏈囟?如天然氣在空氣中燃燒可達(dá)1941℃)高于鈉鹽的熔點(diǎn)800℃，鈉鹽會(huì)熔化，因此需有第二套結(jié)晶設(shè)備進(jìn)行重結(jié)晶。
b、熱風(fēng)分解法將回收的鹽類(lèi)送入旋轉(zhuǎn)窯，窯出口的燃燒器產(chǎn)生的高溫氣體與鹽類(lèi)逆向流動(dòng)進(jìn)行熱傳遞，待鹽類(lèi)升到一定溫度其表面的有機(jī)物即發(fā)生分解反應(yīng)。而達(dá)到去除雜質(zhì)的目的。如從環(huán)氧樹(shù)脂的廢水中回收的鹽類(lèi)當(dāng)溫度控制在600℃時(shí)，即可使有機(jī)雜質(zhì)分解。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有熱處理方法之不足，提供一種應(yīng)用紅外線(xiàn)輻射熱處理方法，其主要原理是利用鈉、鉀鹽與有機(jī)雜質(zhì)層對(duì)紅外線(xiàn)輻射時(shí)透過(guò)率的差異。任何物質(zhì)對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收率、反射率及透過(guò)率都不相同，但是物質(zhì)對(duì)光的吸收率+反射率+透過(guò)率＝1。
厚度為5mm的鈉、鉀鹽對(duì)紅外線(xiàn)的透過(guò)率如附圖1、2所示。鹽層愈厚，透過(guò)率愈差。
由于鈉、鉀鹽對(duì)波長(zhǎng)為2～15μm之間的紅外線(xiàn)的透過(guò)率相當(dāng)高，而有機(jī)化合物對(duì)此范圍內(nèi)的紅外線(xiàn)吸收率特別高，且不同化學(xué)鍵的吸收范圍又各有不同如C-C C-O C-N 紅外線(xiàn)吸收范圍 7.7～12.5μmC＝C C＝O C＝N N＝O 紅外線(xiàn)吸收范圍5.5～6.7μmC＝C C＝N 紅外線(xiàn)吸收范圍4.4～5.0μmC-H O-H N-H 紅外線(xiàn)吸收范圍2.6～3.7μm實(shí)施本技術(shù)方案是
依據(jù)上述吸收率與透過(guò)率的差異，回收的鹽類(lèi)在熱處理段以紅外線(xiàn)照射(電紅外線(xiàn)發(fā)生器或瓦斯紅外線(xiàn)發(fā)生器)，晶體鹽類(lèi)外層的有機(jī)雜質(zhì)吸收了紅外線(xiàn)，所以溫度一直升高，而少量透過(guò)有機(jī)層的紅外線(xiàn)進(jìn)入鈉鹽或鉀鹽時(shí)幾乎不被吸收，透過(guò)或反射回來(lái)的紅外線(xiàn)繼續(xù)被外層的有機(jī)化合物吸收，在有機(jī)化合物與鹽類(lèi)之間形成了溫差梯度，也就是紅外線(xiàn)的幅射能有效地使有機(jī)物分子內(nèi)的鍵斷裂，造成有機(jī)物的蒸發(fā)及分解。
化學(xué)反應(yīng)速率為溫度的函數(shù)，依據(jù)阿累尼烏斯方程式K＝Ae (E)/(RgT)K化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)E活化能T溫度可以看出，溫度越高，反應(yīng)速率越快，在以旋轉(zhuǎn)窯做熱處理時(shí)，因?yàn)闊醾鬟f機(jī)構(gòu)是強(qiáng)制對(duì)流，所以鹽類(lèi)與有機(jī)層幾乎是相同溫度，為避免鹽類(lèi)熔解及提高能源效率，所以一般控制鹽類(lèi)溫度在600℃，但用紅外線(xiàn)幅射時(shí)，因?yàn)閝＝4.876×10-8×(Ta4-Tr4)×Fe×Faq 幅射熱通量 KCal/m2hrTa 幅射面絕對(duì)溫度 KTr 被照射面絕對(duì)溫度 KFe 輻射面放射率Fa 觀測(cè)因素幅射的推動(dòng)力是絕對(duì)溫度4次方的差，而且因?yàn)辂}類(lèi)本身與有機(jī)層被紅外線(xiàn)幅射，在有機(jī)化合物開(kāi)始分解時(shí)與鹽類(lèi)具有溫度差，所以紅外線(xiàn)照射鹽類(lèi)，有機(jī)化合物可以吸收更高的熱通量，同時(shí)鹽類(lèi)并不會(huì)熔化，使分解更迅速完全的進(jìn)行，而得到純度更佳的回收鹽。
應(yīng)用本發(fā)明紅外線(xiàn)熱處理法，具有如下特點(diǎn)一、結(jié)晶分離后的鹽類(lèi)固體，由于其外層附著有機(jī)物，在熱處理過(guò)程中，有機(jī)分子間的粘滯力，會(huì)造成鹽類(lèi)晶體結(jié)塊，尤其是染料工業(yè)廢水中的鹽類(lèi)，此種傾向是無(wú)法避免。
現(xiàn)將傳統(tǒng)方法旋轉(zhuǎn)窯與紅外線(xiàn)熱處理兩種方法作一比較說(shuō)明如下a、旋轉(zhuǎn)窯方法-當(dāng)形成塊狀固體時(shí)，由于晶體分子間的空隙影響熱傳導(dǎo)的進(jìn)行，以及鹽本身并非良好的熱傳導(dǎo)物質(zhì)，所以塊狀固體內(nèi)部有機(jī)物的分解要比單質(zhì)晶體困難很多。越大的塊狀固體越難破壞，而且結(jié)塊會(huì)影響旋轉(zhuǎn)窯的正常操作。
b、應(yīng)用紅外線(xiàn)作為結(jié)晶后的熱處理方法，由于氯化鈉及氯化鉀對(duì)紅外線(xiàn)具有高透過(guò)率，所以塊狀固體對(duì)紅外線(xiàn)法并不會(huì)造成困擾，所用機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)具有更大彈性，例如采用平面輸送帶，將鹽類(lèi)晶體均勻分布在輸送帶上，并保持一定的厚度。輸送帶上方裝置紅外線(xiàn)發(fā)生器，其輻射作用對(duì)底層的晶體依然有相當(dāng)良好的效果。
二、在高溫下若形成鹽霧，對(duì)機(jī)械設(shè)備有相當(dāng)嚴(yán)重的腐蝕性，除了增加平時(shí)維修費(fèi)用外，還會(huì)縮短機(jī)械使用年限，應(yīng)用紅外線(xiàn)熱處理時(shí)，由于操作溫度低，表面溫度只達(dá)到630℃，較鹽熔點(diǎn)800℃低得多，所以不會(huì)產(chǎn)生鹽霧，而焚化與熱風(fēng)法由于火焰溫度約2000℃，這就很難避免鹽霧的形成，因此應(yīng)用紅外線(xiàn)能使設(shè)備投資、維修費(fèi)用及能源消耗大幅度降低，使鹽的回收相當(dāng)經(jīng)濟(jì)。
三、結(jié)晶段排放的處理，由于在蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程，水不斷地蒸發(fā)且鹽不斷地產(chǎn)生，所以結(jié)晶缶內(nèi)有機(jī)化合物及其他雜質(zhì)的濃度不斷地升高。為了系統(tǒng)平衡及穩(wěn)定操作的需要，必須連續(xù)地排放，此排放量與廢水成份有關(guān)，一般為廢水量的1～2Wt%。此部分傳統(tǒng)的處理方法均是以焚化方法處理。由于有機(jī)物含量高所以熱值高，理論上直接焚化可以不需添加任何燃料，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于其中含有鹽，所以造成鹽霧，使得設(shè)備受到損害，同時(shí)，因?yàn)榱可偎圆痪邿峄厥諆r(jià)值，而在排放過(guò)程中應(yīng)用紅外線(xiàn)，不但設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易而且能將有機(jī)化合物分解成無(wú)機(jī)碳而達(dá)到排放的目的。對(duì)上述排放的廢水經(jīng)紅外線(xiàn)處理后分析結(jié)果如下無(wú)機(jī)碳 50～60 Wt%氯化鈉 ～30 Wt%SO42-～0.3 Wt%Fe+3～3～6Wt%Al+3～2～5 Wt%Mg+2～0.03 Wt%將紅外線(xiàn)輻射的特性應(yīng)用于上述三類(lèi)工業(yè)(染料工業(yè)、環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)、光氯法聚碳酸脂廠(chǎng))廢水中的鹽類(lèi)回收，是一項(xiàng)創(chuàng)新發(fā)明。此種方法比傳統(tǒng)焚化或熱對(duì)流能節(jié)省相當(dāng)多的投資、維修費(fèi)用和能源，且操作簡(jiǎn)便，同時(shí)回收的鹽類(lèi)純度更佳。
實(shí)施例1環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)，每日200噸的含20Wt%氯化鈉廢水24小時(shí)連續(xù)操作，以濃縮結(jié)晶及紅外線(xiàn)熱處理，廢水量、能源成本及產(chǎn)量如下1、廢水量8335 Kg/hr其成份Nacl 1667 ″NaOH 42 ″甲基異丁酮 42 ″甲苯 17 ″甘油 42 ″
H2O 6525 kg/hr2、單位小時(shí)能源用量電力 400KW蒸氣 500Kg/hr液化石油氣 75Kg/hr鹽酸(32%) 119.7kg/hr3、回收鹽量 1748 Kg/hr 其中Nacl 1730 Kg/hr其他(無(wú)機(jī)碳及雜質(zhì)) 18 Kg/hr(注)回收鹽品質(zhì)僅達(dá)粗鹽標(biāo)準(zhǔn)，色澤為灰色晶體。
4、排放量 378 kg/hr 其中Nacl 83 ″甲基異丁酮 29 ″甲苯 12 ″甘油 32 ″H2O 222 ″5、流程概述(參閱附圖5所示)含鹽廢水經(jīng)鹽酸調(diào)整PH至中性后進(jìn)入結(jié)晶缶，結(jié)晶缶的型式可有各種不同的型式，在本發(fā)明實(shí)施例中系使用強(qiáng)制循環(huán)，蒸氣再壓縮方式結(jié)晶缶，由于未達(dá)飽和濃度，所以經(jīng)濃縮的過(guò)程使達(dá)飽和而析出鹽類(lèi)晶體，蒸發(fā)的水蒸氣用壓縮機(jī)作功提高熵后進(jìn)入熱交換器，不足的能量由外部蒸汽補(bǔ)充。待結(jié)晶缶內(nèi)晶體達(dá)到一定容積比后泵送到離心機(jī)作固液分離，濾液送回結(jié)晶缶而固體送到熱處理段。紅外線(xiàn)發(fā)生器主要可分為電氣式紅外線(xiàn)及瓦斯式紅外線(xiàn)，本例中使用瓦斯式紅外線(xiàn)，由于環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)氯化鈉為付產(chǎn)品，熱處理段的質(zhì)量控制是以測(cè)定全有機(jī)碳的含量，若未達(dá)到要求可從增加紅外線(xiàn)表面溫度或延長(zhǎng)滯留時(shí)間來(lái)達(dá)到。
實(shí)施例2染料工業(yè)，每日200噸的含18Wt%氯化鈉廢水，24小時(shí)連續(xù)操作，以濃縮結(jié)晶，紅外線(xiàn)熱處理及再結(jié)晶方式，其廢水量，能源成本及產(chǎn)量如下1、廢水量 8335 Kg/hr 其中H2O 6710 Kg/hrNacl 1500 Kg/hr有機(jī)物 125 Kg/hr2、單位小時(shí)能源用量電力 654 KW蒸氣 782 kg/hr液化石油氣 80 Kg/hr3、回收鹽量 1500 kg/hr 其中Nacl 1440 kg/hrH2O 60 kg/hr4、排放量 287.2 kg/hr 其中Nacl 60 kg/hr有機(jī)物質(zhì) 122kg/hrH2O 105.2kg/hr5、流程概述(參閱附圖6)本例使用蒸發(fā)結(jié)晶缶為強(qiáng)制循環(huán)蒸汽再壓縮方式，廢水經(jīng)濃縮達(dá)飽和而析出晶體，蒸發(fā)的水蒸汽利用壓縮機(jī)作功提高熵后進(jìn)入熱交換器，不足的能量由外部蒸汽補(bǔ)充，待結(jié)晶罐內(nèi)晶體達(dá)一定容積比后泵送到熱處理段，而濾液送回結(jié)晶罐，熱處理段使用瓦斯式紅外線(xiàn)，將鹽均勻放置在金屬平面式輸送帶上，上面以紅外線(xiàn)輻射。處理后的鹽再加入水重新溶解，濃度控制在飽和濃度后過(guò)濾去除碳渣，泵送到再結(jié)晶罐，再結(jié)晶的鹽直接以離心機(jī)脫水，即可得到含水率約4%的氯化鈉。由于回收的鹽可重復(fù)使用在鹽中，所以不得含有任何色彩，所以質(zhì)量控制是檢查去除碳渣后的飽和鹽水是否完全澄清，若不合標(biāo)準(zhǔn)只要增加紅外線(xiàn)表面溫度或延長(zhǎng)滯留時(shí)間即可。
結(jié)晶罐定量排放含有固態(tài)的泥狀流體裝在淺底大面積的容器上，以紅外線(xiàn)直接輻射，將有機(jī)化合物分解成為無(wú)機(jī)碳鹽及其它金屬離子，若無(wú)毒性物質(zhì)可直接棄置。


圖1氯化鈉透過(guò)率與波長(zhǎng)關(guān)系，氯化鈉厚度5mm。
圖2氯化鉀透過(guò)率與波長(zhǎng)關(guān)系，氯化鉀厚度5mm。
圖3直接焚化法流程(用于處理染料廢水)。
圖4旋轉(zhuǎn)窯法流程(用于處理環(huán)氧樹(shù)脂廠(chǎng)及聚碳酸脂廠(chǎng)廢水)。
圖5應(yīng)用實(shí)施例1流程。
圖6應(yīng)用實(shí)施例2流程。
圖式符號(hào)說(shuō)明1蒸汽 2凝結(jié)水 3高鹽度廢水 4結(jié)晶區(qū) 5液體 6固體7排放 8排氣 9焚化爐 10油 11水 12攪拌槽 13成品(精鹽)14旋轉(zhuǎn)窯 15輸送帶 16紅外線(xiàn)發(fā)生器 17成品(粗鹽)18碳渣 19透過(guò)率 20波長(zhǎng)
權(quán)利要求
1.一種高濃度鹽類(lèi)廢水回收方法，鹽水先由結(jié)晶罐處理、蒸發(fā)，使鹽水過(guò)飽和而析出晶體，然后進(jìn)行固液分離，得到附著有有機(jī)物的鹽。本發(fā)明的特征在于采用紅外線(xiàn)發(fā)生器發(fā)出的溫度為600～3000℃，波長(zhǎng)為0.7～15μm的射線(xiàn)照射這些鹽，促使其表面的有機(jī)物蒸發(fā)，發(fā)生分解反應(yīng)(包括硫化反應(yīng))，將有機(jī)碳予以破壞，成為碳渣，然后再溶于水，經(jīng)過(guò)濾使鹽水與碳渣分離，將回收的鹽純化再利用。
2.權(quán)利要求1所述的高濃度鹽類(lèi)廢水回收方法，其特征在于對(duì)從結(jié)晶罐定量排出的廢液采用紅外線(xiàn)幅射法處理，將有機(jī)物完全破壞，成為鹽及碳渣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高濃度鹽類(lèi)廢水回收方法。在廢水回收處理流程中，利用鹽類(lèi)與有機(jī)分子層對(duì)紅外線(xiàn)有不同的吸收率及透過(guò)率原理，直接以紅外線(xiàn)照射分離的鹽類(lèi)，促使鹽類(lèi)表層有機(jī)分子層蒸發(fā)及分解，當(dāng)鹽未達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，近乎全部之有機(jī)化合物均已破壞，而達(dá)到再回收應(yīng)用的要求，同時(shí)，因結(jié)晶過(guò)程中而必須排放少量之高濃度有機(jī)化合物，以紅外線(xiàn)照射亦達(dá)到破壞有機(jī)化合物之效果。因此，本方法不僅可回收鹽，同時(shí)不致產(chǎn)生二次公害。
文檔編號(hào)C01D3/04GK1074886SQ9211348
公開(kāi)日1993年8月4日 申請(qǐng)日期1992年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月24日
發(fā)明者張世昌 申請(qǐng)人:張世昌