一種濃縮有機(jī)廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬化工領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)械蒸汽再壓縮濃縮低濃度有機(jī)廢水的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纖維素等有機(jī)物，如果直接排放，會造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長。水溶性有機(jī)物，例如低分子量有機(jī)醇，特別是二元醇，作為很好的冰點抑制劑常用于交通工具和設(shè)備的除冰、防冰、防凍，可能在短時間內(nèi)會產(chǎn)生大量的低濃度有機(jī)含醇廢水，這類廢水的平均COD超過20000 mg/Lo含有低濃度有機(jī)物的有機(jī)廢水，如果直接排放會嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。
[0003]為了保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，國內(nèi)外就如何處理此類低濃度有機(jī)廢水特進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)今主要有生化法和濃縮法。由于廢水COD波動大，對好氧細(xì)菌的活性影響較大，從而制約了生化法的應(yīng)用。而以往的物理或化學(xué)手段提高難生化有機(jī)廢水的可生化性，往往需要大量試劑添加，或需要大量能量的輸入，反應(yīng)時間較長，效果不顯著，造成COD削減困難，水環(huán)境日益惡化的現(xiàn)狀。通過對低濃度有機(jī)廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，將大部分水蒸發(fā)并能實現(xiàn)有用物質(zhì)回收的濃縮法，是一種有效的有機(jī)廢水處理方法。
[0004]傳統(tǒng)多效精餾的蒸發(fā)濃縮方法能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)物的回收，但是由于存在蒸汽使用效率低及運(yùn)行費(fèi)用高等不足，處理低濃度有機(jī)廢水時會消耗大量的能耗，且工藝流程復(fù)雜。
[0005]機(jī)械蒸汽再壓縮是利用機(jī)械驅(qū)動的壓縮機(jī)對蒸發(fā)器產(chǎn)生的低溫蒸汽進(jìn)行壓縮做功，使蒸汽的溫度提高成為高溫蒸汽，再返回到原蒸發(fā)器，充分利用高溫蒸汽的潛熱，取代外部蒸汽作為熱源，從而達(dá)到節(jié)能目的，目前廣泛用于含鹽廢水的處理、海水淡化等行業(yè)。
[0006]為了節(jié)約蒸發(fā)過程中的能耗，可以采用機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)系統(tǒng)對低濃度有機(jī)廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，以提高廢水中的有機(jī)物濃度。但由于含水溶性有機(jī)物的廢水，含有的水溶性有機(jī)物可以導(dǎo)致廢水溶液沸點升高，濃縮后沸點相差很大，從能耗和投資成本進(jìn)行綜合考慮，例如對于含醇類有機(jī)廢水而言，采用機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)系統(tǒng)對低濃度含醇廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，以提高廢水中的醇濃度。但由于含醇廢水濃縮后沸點相差很大，從能耗和投資成本進(jìn)行綜合考慮，單獨(dú)的MVR系統(tǒng)只能得到醇濃度約為60%的醇水溶液，而且由于二元醇在蒸發(fā)過程中可能被水蒸氣一起帶出，使得系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水中含有較高濃度的醇，無法達(dá)到排放要求。
[0007]CN 203483884U涉及一種機(jī)械蒸汽再壓縮與多效蒸發(fā)相組合的已內(nèi)酰胺水溶液的濃縮裝置，由MVR蒸發(fā)和多效蒸發(fā)組成。該裝置采取MVR技術(shù)去除溶液中的大量水，將已內(nèi)酰胺進(jìn)行濃縮至一定濃度后再進(jìn)入二效或三效蒸發(fā)工藝實現(xiàn)已內(nèi)酰胺的再濃縮，利用多效蒸發(fā)過程中上一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一效的加熱蒸汽，提高了熱利用效率，節(jié)約了能耗，降低了蒸汽用量與冷卻水的消耗。盡管該裝置能夠提高已內(nèi)酰胺的濃度，但在MVR系統(tǒng)中，已內(nèi)酰胺的濃度只能達(dá)到50。/『55%，后續(xù)多效蒸發(fā)仍然需要較高能耗。
[0008]CN 103224260A涉及一種采用MVR濃縮加精餾法治理與回收低濃度DMAc、DMF廢水的方法。先將廢水進(jìn)入濃縮塔通過機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)對濃縮塔頂?shù)亩握羝訅汉笤倮脻饪s塔的蒸發(fā)器對濃縮塔的塔釜進(jìn)行加熱，從而在濃縮塔中實現(xiàn)廢水的DMAc、DMF濃縮。該方法盡管解決了低濃度DMAc、DMF廢水降解難、溶劑流失，回收能耗大等難題，實現(xiàn)了廢水的零排放及生產(chǎn)原料的回收，但MVR處理后只能將廢水中的DMAc、DMF濃縮至30~50%，后續(xù)精餾操作還需要蒸發(fā)50%~70%的水，精餾操作所需能耗較高。
[0009]CN 203577339U提供了一種機(jī)械蒸汽再壓縮型蒸發(fā)濃縮裝置，包括用于閃蒸的蒸發(fā)罐、蒸汽壓縮機(jī)和換熱器，蒸發(fā)罐的蒸汽出口與壓縮機(jī)的蒸汽入口通過管道連接，蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽出口和第一換熱器的蒸汽入口通過管道連接。該裝置中，由于第一換熱器處于蒸發(fā)罐的低位，第一換熱器內(nèi)處理液的壓力大于蒸發(fā)罐內(nèi)處理液的壓力，處理液從第一換熱器輸送到蒸發(fā)罐后壓力變小，蒸發(fā)溫度降低，從而實現(xiàn)閃蒸。盡管該裝置采用電源實現(xiàn)了廢水的濃縮，不需使用氟利昂等傳熱介質(zhì)，降低了成本，但主要用于處理含鹽有機(jī)廢水，對于處理有機(jī)物易隨蒸汽帶出的有機(jī)廢水效果不佳。
[0010]盡管機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)具有降低能耗、減少鮮蒸汽用量的優(yōu)點，但其運(yùn)行成本和能耗與物料的沸點密切相關(guān)，尤其在濃縮低濃度含醇廢水時，由于含醇廢水沸點上升較高，溫差損失大，會導(dǎo)致MVR系統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮比減少，不利于提高系統(tǒng)濃縮液中的醇濃度。同時，由于在蒸發(fā)含醇化工廢水過程中，廢水中的二元醇易被水蒸氣帶出，使蒸發(fā)后的冷凝水中含有較多的二元醇，因此無法滿足排放要求。本發(fā)明在保留現(xiàn)有MVR系統(tǒng)的原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了濃縮液中的有機(jī)物濃度，大幅降低冷凝水中有機(jī)物的濃度，同時還可利用其他熱源為系統(tǒng)補(bǔ)充熱量，有利于降低能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明目的在于提供一種采用機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)濃縮有機(jī)廢水的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)既可以有效提高處理后廢水中的有機(jī)物濃度，降低后續(xù)精餾操作的能耗，又可以降低系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水中的有機(jī)物濃度。本發(fā)明在廢水蒸發(fā)過程中，利用MVR蒸發(fā)過程產(chǎn)生的二次蒸汽和外加熱源對有機(jī)廢水進(jìn)行加熱蒸發(fā)，提高蒸發(fā)量及濃縮液中的有機(jī)物濃度，降低再濃縮過程的能耗，提高了廢水處理效率。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種濃縮有機(jī)廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器4、氣液分離器7、精餾塔8、蒸汽壓縮機(jī)10、廢水入口 1、提升栗A 2、提升栗B 11、出料通過栗12、換熱器3，所述蒸發(fā)器4由兩個獨(dú)立的一級蒸發(fā)單元5和二級蒸發(fā)單元6組成，所述一級蒸發(fā)單元與蒸汽壓縮機(jī)的出口通過管道相鄰，二級蒸發(fā)單元連接外接熱源；所述氣液分離器頂部與精餾塔8相連，精餾塔8頂部設(shè)置有冷凝裝置9，冷凝裝置分別與精餾塔頂部及蒸汽壓縮機(jī)相連；所述氣液分離器底部分別與提升栗B 11和出料通過栗相連，出料通過栗另一端連接濃縮液儲罐13，提升栗B 11另一端連接一級蒸發(fā)單元入口 ；廢水入口 I通過提升栗A 2與換熱器一端相連，換熱器另一端連接一級蒸發(fā)單元入口 ；所述二級蒸發(fā)單元與氣液分離器相連，一級蒸發(fā)單元與換熱器相連。
[0013]進(jìn)一步的，所述一種濃縮有機(jī)廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)中換熱器可以為管殼式換熱器、板式換熱器、盤管式換熱器，優(yōu)選為管殼式換熱器。
[0014]進(jìn)一步的，所述一種濃縮有機(jī)廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)中二級蒸發(fā)單元的管程是連通的，殼程是獨(dú)立的。
[0015]本發(fā)明還提供了一種濃縮有機(jī)廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括如下步驟:
51、將初始有機(jī)廢水在換熱器3中與經(jīng)過蒸發(fā)器一級蒸發(fā)單元5換熱后產(chǎn)生的高溫冷凝水進(jìn)行換熱，提高初始有機(jī)廢水進(jìn)入蒸發(fā)器前的廢水溫度，高溫冷凝水進(jìn)行換熱后變成一次冷凝水；
52、步驟SI高溫冷凝水換熱后的有機(jī)廢水與來自氣液分離器的部分含有高濃度有機(jī)物的濃縮液從蒸發(fā)器4頂部進(jìn)入到包含兩個蒸發(fā)單元的蒸發(fā)器內(nèi)，先在一級蒸發(fā)單元5中與蒸汽壓縮機(jī)10產(chǎn)生的二次蒸汽換熱，再在二級蒸發(fā)單元6中與外接熱源進(jìn)行換熱，換熱后的氣液混合物進(jìn)入氣液分離器7中進(jìn)行氣液分離，分離出含有部分有機(jī)物的一次蒸汽和含有高濃度有機(jī)物的濃縮液，部分含有高濃度有機(jī)物的濃縮液回流到蒸發(fā)器頂部與待處理液混合后進(jìn)入蒸發(fā)器，余下的含有高濃度有機(jī)物的濃縮液進(jìn)入到濃縮液儲罐13中；
53、氣液分離器分離出的一次蒸汽經(jīng)精餾塔8后在精餾塔頂被冷凝裝置9部分冷凝回流，一次蒸汽中的部分有機(jī)物變?yōu)橐后w返回到氣液分離器中，余下的一次蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)10，經(jīng)機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)做功升溫后成為二次蒸汽，二次蒸汽返回到蒸發(fā)器的一級蒸發(fā)單元對進(jìn)入蒸發(fā)器的初始有機(jī)廢水進(jìn)行換