一种用于烧结脱硫脱硝废水处理的MVR工艺装置及流程的制作方法

本技术属于废水处理，涉及一种用于烧结脱硫脱硝废水处理的mvr工艺装置及流程。

背景技术：

1、钢铁烧结脱硫脱硝工艺中产生的脱硫脱硝废水，现在一般常规采用预处理(除悬浮物)+汽提脱氨等工艺、及根据需要配置除铊工艺，因脱硫脱硝废水中含有砷、铅、铊等一类污染物，该处理工艺达到一类污染物排放标准后，再汇入其他水处理系统对cod、总氮等其他的污染物进行进一步处理或稀释排放。

2、经此工艺处理后的废水仍然具有高盐、高氯、高硫酸根、高cod的特征，进入其他水处理系统，会造成其他系统的水质波动、影响系统的正常运行，在当前节水减排、减盐控盐的要求下，而如此高含盐量的水进入废水回用系统，对全厂水质影响巨大。实际运行中，回用水处理流程多以膜法为主，虽然这股高盐废水水量相对较少，但对膜法影响较大，运行实践证明，回用水处理过程中，容易造成结垢、膜的污堵等现象，导致处理能力下降，使膜元件寿命缩短，极大地影响了处理的稳定性。而这部分高含盐量的水如与其他处理后水稀释排放，则可能存在cod、总氮等污染物总量超标排放的问题。

3、综上所述，钢铁烧结脱硫脱硝工艺中产生的高盐含量的废水水量较小，且存在cod高、总氮含量高等特点，现有技术缺少稳定性高、安全性高、成本低的处理工艺及装置。

技术实现思路

1、针对目前缺少对钢铁烧结脱硫脱硝工艺中产生的高盐含量的废水的优良处理方式，本技术的目的是，提供一种用于烧结脱硫脱硝废水处理的mvr工艺装置及流程。

2、本技术通过调整预处理过程中的碱性药剂投加量，而后通过mvr直接蒸发的方式，实现废水回收与盐的分离；即采用预处理+mvr低温晶种法强制循环结晶处理。本技术中，废水经过预处理调节ph值和去除大部分悬浮物后，进单效强制循环结晶系统，进行蒸发结晶，所述蒸发结晶为溶剂的蒸发以及硫酸钙和结晶盐共结晶，最终得到固体废弃物和可回用的水。同时，本技术的整个工艺流程在低温下运行(<85℃)，控制系统结垢和设备腐蚀。

3、本技术通过mvr低温晶种法来实现废水处理工艺。mvr是蒸汽机械再压缩技术(mechanical vapor recompression)的简称。mvr蒸发器是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。mvr蒸发器的原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。mvr由于可达到更低的运行温度，常用于成分复杂，含有挥发成分的高盐废水处理中。

4、本技术的目的可以通过以下技术方案实现：

5、本技术的技术方案之一，提供一种用于烧结脱硫脱硝废水处理的mvr工艺装置，该装置直接与烧结脱硫脱硝废水池相连，所述烧结脱硫脱硝废水池装有待处理的烧结脱硫脱硝废水；所述mvr工艺装置包括顺次连接的废水预处理模块和mvr低温强制循环结晶模块；即烧结脱硫脱硝废水先进入废水预处理模块，再进入mvr低温强制循环结晶模块，经过该系统处理后的废水可直接回用。

6、进一步地，所述废水预处理模块包括ph调节池、重力沉降池和中间水池；所述mvr低温强制循环结晶模块包括第一换热器、第二换热器、闪蒸罐、固液分离机。所述第一换热器为“进水/冷凝液”换热器，其第一换热通道走循环液/高盐废水，其第二换热通道走冷凝液/回用水；所述第二换热器为管壳换热器，其第一换热通道为管程，走循环液/高盐废水，其第二换热通道为壳程，走蒸汽/冷凝液/回用水。所述第一换热器用于废水和冷凝液之间的热量交换，第二换热器用于蒸汽和废水之间的热量交换；所述固液分离机可以实现该装置中固体废弃物的分离。

7、进一步地，所述ph调节池进水口通过管路与所述烧结脱硫脱硝废水池出水口相连，所述ph调节池出水口通过管路依次与重力沉降池和中间水池相连，所述中间水池的出水口通过管路依次通过第一换热器的第一换热通道、第二换热器的第一换热通道后与闪蒸罐的液体进口相连。

8、进一步地，所述闪蒸罐还设置有补加蒸汽入口、蒸汽出口、循环液体出口，所述闪蒸罐的蒸汽入口与补加蒸汽罐相连，所述闪蒸罐的蒸汽出口依次通过第二换热器的第二换热通道、第一换热器的第二换热通道后与产水回用池相连，所述闪蒸罐的液体出口通过管路与固液分离机相连，所述固液分离机用于实现固液分离，其液体出口进入第二换热器的第一换热通道，其固体出口与结晶盐脱水池连接。

9、进一步地，所述ph调节池与烧结脱硫脱硝废水池中间的管路上设置有进水泵；所述重力沉降池和中间水池中间的管路上设置有第一抽吸泵，所述中间水池和第一换热器的第一换热通道之间的管路上设置有第二抽吸泵；所述第二换热器的第二换热通道与第一换热器的第二换热通道之间设置有冷凝液排水泵。

10、进一步地，所述闪蒸罐的蒸汽出口通过汽液分离装置与机械蒸汽压缩机与第二换热器的第二换热通道连接。所述闪蒸罐的液体出口与固液分离机间通过晶浆回流泵连接，所述晶浆回流泵还有一个液体出口与第二换热器的第一换热通道连接。所述重力沉降池的固体出口与污泥脱水池连接，所述固液分离机的固体出口与结晶盐脱水池连接，所述污泥脱水池和结晶盐脱水池与固体物处理/处置池连接；所述第一换热器的第二换热通道与产水回用池连接，所述产水回用池用于出水。

11、进一步地，所述ph调节池用于添加ph调节试剂及水质均和，所述重力沉降池用于沉降中和反应形成固态悬浮物。

12、进一步地，所述ph调节池与烧结脱硫脱硝废水池中间的管路上设置由流量计，用于监测进水流量；所述ph调节池中设置有ph自动检测分析仪器和ph试剂添加仪器，用于ph的监测与调节，ph自动检测分析仪器用于实时监测ph调节池以及重力沉降池中的ph值，ph试剂添加仪器根据ph自动检测分析仪器中监测到的ph值，自动分析并添加ph调节试剂；所述重力沉降池中设置有搅拌机，用于将重力沉降池中的废水搅拌混匀。

13、进一步地，所述闪蒸罐中还设置有多个视镜，视镜采用透明度高、耐压及耐腐蚀好的安全玻璃，可方便对设备运行情况的人工巡视；所述闪蒸罐中蒸发器采用耐腐蚀材料。

14、本技术的技术方案之二，还提供上述一种用于烧结脱硫脱硝废水处理的mvr工艺流程，该工艺流程在上述工艺装置中进行，包括以下处理步骤：

15、(1)预处理：将烧结脱硫脱硝废水通入预处理模块中，调节ph，混和反应后静置沉淀，去除前置工艺中重金属反应产生的悬浮物，得到高盐废水；

16、(2)mvr低温强制循环结晶系统处理：将预处理后的得到的高盐废水，通入mvr低温强制循环结晶模块进行处理，通过一步结晶法，最终得到可回用的水和固体废弃物。

17、进一步地，步骤(1)中，所述烧结脱硫脱硝废水的进水流量为20～50m3/d；所述烧结脱硫脱硝废水中含有大量的盐类物质及悬浮物，其中重要指标包括氯离子、硫酸根、钙离子、氨氮；所述烧结脱硫脱硝废水ph非常低，为1～2；cod值为500mg/l～1000mg/l，tds值为50000mg/l～100000mg/l。

18、进一步地，步骤(1)中，将ph调节至6～9，所用ph调节试剂优选为氢氧化钠，所述ph调节试剂(氢氧化钠)的浓度优选为1～3mol/l。

19、所述ph调节到6～9，一方面可以防止后续蒸发系统在酸性条件下对蒸发设备的腐蚀；另一方面可以防止碳酸钙结垢和氨氮的挥发，因此是一种比较合理的预处理方式。为了节省碱性药剂，在加入稀碱进行ph调节后，采用重力沉降去除悬浮物。步骤(1)可以利用原有预处理系统(即为现有ph调节、沉降、中间水池等)，而不需新增预处理系统，通过加碱调节ph至6～9和重力沉降去除大部分悬浮物，重力沉降池中产生的污泥通过原有预处理系统进行脱水，脱水完成后作为固体废弃物处理。

20、进一步地，步骤(2)中，所述预处理后得到的高盐废水通过中间水池连接的抽吸泵提升直接进入mvr低温强制循环结晶模块。

21、进一步地，步骤(2)中，所述mvr低温强制循环结晶模块包括两个循环系统：低温强制结晶循环(图2中橙黄色线条)和蒸汽冷凝液循环(图2中蓝色线条)，二者同时进行并实现换热；在mvr低温强制循环结晶系统中，循环的预处理后的高盐废水用抽吸泵提升，先通入“进水/冷凝液”换热器(第一换热器)，利用冷凝液的温度进行升温后，输送到管壳换热器(第二换热器)的加热器管箱，在管壳换热器中循环液分流至每根换热管内，流速控制在1.5m/s～3.0m/s，避免结晶或结垢在换热器表面附着，影响换热效率。

22、高盐废水(循环液)在管壳换热器的换热管中高速流动，吸收换热管外蒸汽冷凝所产生的热量加热升温。通过控制管内压力使其低于该温度下的饱和蒸汽压力，高盐废水在管内不会沸腾。经过管壳换热器加热后的高盐废水流出，到闪蒸罐的分离室中后，由于闪蒸罐的分离室中压力骤然降低，高温高盐废水在此发生闪蒸，盐水浓缩，结晶析出。另外，所述结晶为硫酸钙和结晶盐的共结晶。闪蒸罐中产生的二次蒸汽经过汽液分离装置去除盐滴后，被机械蒸汽压缩机抽出进行升温升压，提温后的蒸汽在管壳换热器的壳程中，作为换热器的蒸发热源，实现循环机械加热蒸发，换热器中冷凝的蒸馏水换热后排出。闪蒸罐中产生的高盐废水结晶，随着部分流体通过晶浆回流泵进一步浓缩结晶，浓缩后液体部分回流进入管壳换热器中，晶体部分通过固液分离机进行分离，分离后的的液体也回流进入管壳换热器中，固体晶体作为固体废物处理/处置。

23、进一步地，在mvr低温强制循环结晶模块中，所述闪蒸罐中的压力维持在500～600pa，温度维持在50～60℃；其余整个系统的温度维持在85℃以下。

24、进一步地，步骤(2)所述的一步结晶法，指的是通过机械压缩并不断蒸发溶剂使循环液中的盐浓度(即饱和度)不断升高，使之达到过饱和状态，使溶液浓度超过理论平衡浓度，进而生成新相；在闪蒸罐中有大量的硫酸钙晶种，因此可以控制处理系统中的结晶大多数发生在闪蒸罐中，而不是在管路中，进一步避免了管路结垢。

25、为了控制硫酸钙结垢和减少系统腐蚀，本系统通过晶浆回流泵，控制系统在85℃以下的低温情况下运行。在低温情况下，新结晶的硫酸钙为二水硫酸钙(石膏)，石膏为软性结晶物，不会造成换热管结垢。另外，经过预处理的废水蒸发工艺采用一步结晶法，即废水不经过浓缩，而直接进结晶器。一步结晶工艺中，在结晶器内结晶盐和硫酸钙一起析出，更容易控制结垢。循环液中含有大量的硫酸钙和结晶盐晶体，该晶体会对换热管形成很大的冲刷，从而控制硫酸钙结垢。同时垢为硫酸钙和结晶盐的混合垢，可以通过热水将结晶盐溶解从而进行除垢。

26、进一步地，对于闪蒸罐中的蒸发系统来说，影响系统运行的方面主要在于结垢控制和产品水水质保证措施，本蒸发系统的蒸发器采用微酸性条件下运行和添加晶种的强制循环蒸发低温模式来避免设备的结垢。本技术的技术方案通过以下方式/原理来防止结垢和产品水保证：

27、1)微酸性条件下运行：在ph为5的微酸性条件下，废水中的碳酸根和碳酸氢根基本不会形成碳酸钙结垢，因此可以有效控制碳酸钙结垢；

28、2)强制循环结晶器：强制循环蒸发结晶器采用外加热式，废水在换热器中加热，在闪蒸罐的分离室中闪蒸，在加热的过程中废水无浓度变化，在分离室中闪蒸后浓度增大，因此，硫酸钙等晶体会在闪蒸罐的分离室中析出而避免了晶体在换热管壁面析出导致换热管的结垢；

29、3)硫酸钙晶种表面依附生长：在闪蒸罐的分离室中始终具有一定浓度的硫酸钙晶种，析出的硫酸钙晶体会优先在晶种表面而非换热管壁面依附生长，进一步避免了换热管壁面结垢的可能；

30、4)晶体的冲刷作用：采用大流量的母液回流泵进行强制循环，使循环液在换热管内的高速运行，流速控制在1.5m/s～3.0m/s，循环液高流速通过换热管，减少结垢的发生；同时循环液中含有大量的硫酸钙和结晶盐晶体，该晶体会对换热管形成很大的冲刷，从而控制硫酸钙结垢；

31、5)低温工况：在85℃低温情况下操作，新结晶的硫酸钙为石膏(二水硫酸钙)，石膏为软垢，不易造成换热管结垢。

32、6)共结晶：本工艺采用一步法结晶工艺，硫酸钙和硫酸钙和结晶盐同时结晶析出，因此即使结垢，也是硫酸钙和结晶盐的混合垢，因此只要通入热水，将结晶盐融化掉以后，硫酸钙垢就很容易清洗掉，节省大量硫酸钙清洗化学药剂费用。

33、与现有技术相比，本技术提供的装置和工艺具有以下优点：

34、(1)本工艺装置能够充分利用原工艺流程，预处理要求简单，降低预处理的运行成本，将废水处理工艺特点与一步结晶设备相结合，废水只需要经过初步的ph调节和重力沉淀，就可以直接进蒸发系统，而不需要额外的预处理，节省大量的ph调节试剂以及其他预处理试剂的费用，本技术成本相对较低。另外，本装置运行维护较为简单，降低运行成本。

35、(2)本技术工艺流程非常短，只包含废水预处理与一步结晶，没有各种中间水箱等，占地面积非常小。

36、(3)本技术采用mvr蒸发工艺，产水水质好，一般总溶解固体量tds在50mg/l以下，可直接回用。

37、(4)本技术减少了药剂投加量和固体废物产生量，固体结晶物量少，因此后续的固废处理/处置工艺竞价容易，成本较低。

38、(5)本技术对原水水质变化适应能力强。本技术使用的一步法结晶工艺，通过强制循环蒸发结晶、硫酸钙晶种表面依附生长、低温操作、硫酸钙和结晶盐共结晶等手段，保证循环液中始终有大量的硫酸钙晶种，因此能有效控制硫酸钙结垢，保证系统正常运行。

39、(6)本技术采用机械蒸汽压缩机，可充分利用二次蒸汽的热量，降低系统能耗；同时该工艺系统基本不需要投加化学药剂，由于化学清洗周期长，化学清洗药剂也基本可以忽略。

40、(7)本工艺系统流程短，因此运行非常简单。技术应用成熟，运行稳定可靠，运行模式灵活，运行成本合理。根据以往工程经验，化学清洗周期可以达到12个月以上，即使结垢以后，化学清洗也不会对设备性能产生影响(对比反渗透膜，每化学清洗一次，设备寿命就会降低一次)。

41、(8)本技术使用寿命长，无需更换核心部件。采取特殊材质控制系统腐蚀保证系统使用寿命，主要设备使用寿命(易损件除外)可以达到20年寿命。不需要像超滤和反渗透一样，每几年就要更换核心部件。