实习教学经典案例电渗析膜处理技术课件.ppt
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1、电渗析膜处理技术讲解电渗析膜处理技术讲解川化股份Sichuan Chemical Works Group Ltd.一、国内目前硝铵装置情况一、国内目前硝铵装置情况我国传统的硝酸铵生产装置大多技术装备陈旧,工艺我国传统的硝酸铵生产装置大多技术装备陈旧,工艺落后,环保水平偏低,在生产过程中产生大量的含氮落后,环保水平偏低,在生产过程中产生大量的含氮工业废水。特别是由于硝酸铵生产工艺决定的工业废水。特别是由于硝酸铵生产工艺决定的,由稀硝由稀硝酸带入的水分在中和、蒸发及结晶过程中以二次蒸汽酸带入的水分在中和、蒸发及结晶过程中以二次蒸汽的形式排出,形成的工艺冷凝液中含有硝酸铵和氨,的形式排出,形成的工艺
2、冷凝液中含有硝酸铵和氨,成为硝酸铵生产的主要废水源。成为硝酸铵生产的主要废水源。 这些冷凝液若直接排这些冷凝液若直接排放,会使排放水中氨氮含量超标,造成地表水体的富放,会使排放水中氨氮含量超标,造成地表水体的富营养化,破坏水环境的生态平衡。如直接送回硝酸作营养化,破坏水环境的生态平衡。如直接送回硝酸作吸收加水回用又不利于生产安全,并且还不能全部回吸收加水回用又不利于生产安全,并且还不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施,有一些公司采用收利用。由于缺乏有效的治理措施,有一些公司采用加水稀释排放的办法以实现达标排放,耗费大量的水加水稀释排放的办法以实现达标排放,耗费大量的水资源。资源。 目前,新
3、修订的地方和行业污水排放标准目前,新修订的地方和行业污水排放标准都相继提高了氨氮排放标准,并对污染物都相继提高了氨氮排放标准,并对污染物的排放限值、水污染物基准排水量和排放的排放限值、水污染物基准排水量和排放 浓度都做了相应新规定。因此,硝酸铵冷浓度都做了相应新规定。因此,硝酸铵冷凝液的治理及回收利用成为硝酸铵生产企凝液的治理及回收利用成为硝酸铵生产企业面临的亟待解决的难题。业面临的亟待解决的难题。一、国内目前硝铵装置情况一、国内目前硝铵装置情况二、膜处理技术发展历史及应用行业二、膜处理技术发展历史及应用行业u目前已开发出利用电渗析(目前已开发出利用电渗析(ED)技术处理)技术处理硝酸铵冷凝废
4、水的新工艺,既可将废水中的硝酸铵冷凝废水的新工艺,既可将废水中的硝酸铵回用于生产系统,同时又使冷凝废水硝酸铵回用于生产系统,同时又使冷凝废水实现达标排放。电渗析技术最早西方国家运实现达标排放。电渗析技术最早西方国家运用在军舰上的海水脱盐处理成食用淡水,从用在军舰上的海水脱盐处理成食用淡水,从20世纪世纪50年代确立以来,在工程技术应用过年代确立以来,在工程技术应用过程中迅速崛起,所起的作用与日俱增。我国程中迅速崛起,所起的作用与日俱增。我国是从是从1958年开始电渗析工程的研究开发工作,年开始电渗析工程的研究开发工作,属于世界上起步较早的国家之一。属于世界上起步较早的国家之一。u电渗析技术过去
5、主要应用于苦咸水脱盐以电渗析技术过去主要应用于苦咸水脱盐以及锅炉和工业工程用初级纯水的制备等,及锅炉和工业工程用初级纯水的制备等,随着具有更好选择性、热稳定性、化学稳随着具有更好选择性、热稳定性、化学稳定性和力学性能的新型定性和力学性能的新型 离子交换膜的出现,离子交换膜的出现,电渗析技术也不断得到改进和提高,目前电渗析技术也不断得到改进和提高,目前已发展成为一个大规模的化工单元过程,已发展成为一个大规模的化工单元过程,产业应用领域也有了新的扩展,完全可以产业应用领域也有了新的扩展,完全可以适应适应 硝酸铵生产的数量较多的冷凝废水的硝酸铵生产的数量较多的冷凝废水的治理需要。治理需要。二、膜处理
6、技术发展历史及应用行业二、膜处理技术发展历史及应用行业u电渗析是在直流电场作用下,以电位差为推电渗析是在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、浓缩、精化或纯化的目的。利用电渗析化、浓缩、精化或纯化的目的。利用电渗析脱盐这一特性,从某些化工、医药、食品等脱盐这一特性,从某些化工、医药、食品等产品中去除无机电解质,达到分离、净化、产品中去除无机电解质,达到分离、净化、提纯和精制的目的,以提高产品的品质。并提纯和精制的目的,以提高产品的品质。并且逐渐扩大到
7、海水淡化和制取工业纯水的给且逐渐扩大到海水淡化和制取工业纯水的给水处理中,在重金属废水、放射性废水等工水处理中,在重金属废水、放射性废水等工业废水处理中都已得到了应用。业废水处理中都已得到了应用。二、膜处理技术发展历史及应用行业二、膜处理技术发展历史及应用行业u电渗析技术作为一项高科技,以其高效、电渗析技术作为一项高科技,以其高效、 节能、无节能、无三废、占地少等优点,通过不同工艺组合,已经越来三废、占地少等优点,通过不同工艺组合,已经越来越广泛地应用于化工、染料、冶金、越广泛地应用于化工、染料、冶金、 食品、医药、食品、医药、生物工程等领域的特种分离、环保工程、资源回收、生物工程等领域的特种
8、分离、环保工程、资源回收、有机电解、食品脱盐浓缩等,以其许多出色的应用实有机电解、食品脱盐浓缩等,以其许多出色的应用实例,证实了其在技术上的先进性以及其它分离方法所例,证实了其在技术上的先进性以及其它分离方法所不能替代的若干优异的特点,已成为一种重要的水处不能替代的若干优异的特点,已成为一种重要的水处理方法,并日益受到重视。理方法,并日益受到重视。 在硝酸铵生产中,电渗在硝酸铵生产中,电渗析技术用于处理氨氮严重超标的冷凝废水,对氨、硝析技术用于处理氨氮严重超标的冷凝废水,对氨、硝酸铵和排放水进行回收利用,装置投资少和操作费用酸铵和排放水进行回收利用,装置投资少和操作费用较低,实现了消除污染、节
9、能减排、清洁生产的目标,较低,实现了消除污染、节能减排、清洁生产的目标,是一项把废水处理、环境保护与资源回收、循环经济是一项把废水处理、环境保护与资源回收、循环经济有效结合起来的新技术,具有十分广阔的推广应用前有效结合起来的新技术,具有十分广阔的推广应用前景。景。二、膜处理技术发展历史及应用行业二、膜处理技术发展历史及应用行业u电渗析技术处理硝酸铵冷凝废水的工艺分为电渗析技术处理硝酸铵冷凝废水的工艺分为中和调节和电渗析分离回收两部分,首先通中和调节和电渗析分离回收两部分,首先通过加稀硝酸或氨对冷凝废水中氨或稀硝酸进过加稀硝酸或氨对冷凝废水中氨或稀硝酸进行中和反应生成硝酸铵,再采用电渗析膜法行中
10、和反应生成硝酸铵,再采用电渗析膜法将中和调节后的冷凝液进行浓缩分离后回收。将中和调节后的冷凝液进行浓缩分离后回收。目前开发出的新工艺还实现了装置压力、温目前开发出的新工艺还实现了装置压力、温度、流量、度、流量、pH值的自动控制调节(川化没投值的自动控制调节(川化没投用自动调节控制),确保废水处理与回用装用自动调节控制),确保废水处理与回用装置长周期安全稳定运行。置长周期安全稳定运行。二、膜处理技术发展历史及应用行业二、膜处理技术发展历史及应用行业v电渗析和离子交换、反渗透电渗析和离子交换、反渗透一样,也是分离、提取一样,也是分离、提取物质的一种方法,缺点:与反渗透技术相比,脱盐物质的一种方法,
11、缺点:与反渗透技术相比,脱盐率较低。率较低。v电渗析技术的优势也是十分突出主要特点如下:电渗析技术的优势也是十分突出主要特点如下:v1.装置设计灵活装置设计灵活除盐率比较任意,根据需要可在除盐率比较任意,根据需要可在30%99% 的的范围内选择。浓水回收率较高,一般能达到范围内选择。浓水回收率较高,一般能达到 65%80%。装置设计与系统应用灵活,根据不。装置设计与系统应用灵活,根据不同的条件要求,可以灵活地采用不同形式的系统设同的条件要求,可以灵活地采用不同形式的系统设计,并联可增加处理量,串联可提高脱盐率,循环计,并联可增加处理量,串联可提高脱盐率,循环或部分循环可缩短工艺流程。整个操作简
12、单,易于或部分循环可缩短工艺流程。整个操作简单,易于实现机械化和自动化控制。实现机械化和自动化控制。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v2能量消耗低能量消耗低电渗析过程无相变,在一定的含盐量条件下,电渗析过程无相变,在一定的含盐量条件下,是用清洁能源电力来将水中已离解的离子迁是用清洁能源电力来将水中已离解的离子迁移掉,动力耗电也较低,经济效益显著,是移掉,动力耗电也较低,经济效益显著,是目前比较经济的水处理技术之一。同时在常目前比较经济的水处理技术之一。同时在常温下进行对产品性能影响小,适用于氨基酸、温下进行对产品性能影响小,适用于氨基酸、维生素等热敏的活泼化合物的生产,减少
13、了维生素等热敏的活泼化合物的生产,减少了破坏其结构的可能性或减少副反应的发生,破坏其结构的可能性或减少副反应的发生,稳定了产品质量。稳定了产品质量。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v3.无环境污染无环境污染 电渗析运行时,工艺过程洁净,不像离子电渗析运行时,工艺过程洁净,不像离子交换树脂那样有饱和失效问题,所以不用交换树脂那样有饱和失效问题,所以不用酸、碱频繁清洗再生,也不需要加入其它酸、碱频繁清洗再生,也不需要加入其它药剂,仅在定时清洗时用少量的水,即可药剂,仅在定时清洗时用少量的水,即可实现清洗过程,就能达到分离、净化、提实现清洗过程,就能达到分离、净化、提纯和精制产品
14、的目的,对环境基本无污染。纯和精制产品的目的,对环境基本无污染。与反渗透相比,也没有高压泵的强烈噪声,与反渗透相比,也没有高压泵的强烈噪声,有利于实施清洁文明生产。有利于实施清洁文明生产。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v4.使用寿命长使用寿命长装置预处理工艺简便,设备经久耐用。正装置预处理工艺简便,设备经久耐用。正常情况下,分离专用膜一般可用常情况下,分离专用膜一般可用35 a,电极板可用电极板可用78 a,隔板可用,隔板可用 15 a左右。左右。且操作维修方便。且操作维修方便。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v 实例:以处理量为实例:以处理量为40
15、th的硝酸铵冷凝废水的电渗析系统为例,的硝酸铵冷凝废水的电渗析系统为例,固定资产投资固定资产投资1280万元,运行费用根据冷凝废水的水质情况有万元,运行费用根据冷凝废水的水质情况有所差异。所差异。处理每吨冷凝液大致耗用循环冷却水处理每吨冷凝液大致耗用循环冷却水67 t,耗电耗电10 kWh ,离子交换膜正常使用时间为,离子交换膜正常使用时间为35 a,更换,更换膜每组费用膜每组费用30 万元。实践证明,相对于其它生化处理的方法,万元。实践证明,相对于其它生化处理的方法, 电渗析工艺处理硝酸铵废水能达到节能减排、循环利用的效果,电渗析工艺处理硝酸铵废水能达到节能减排、循环利用的效果,而且而且2
16、a左右就可收回全部投资。左右就可收回全部投资。 目前国内现有目前国内现有50余家硝酸铵余家硝酸铵生产企业,已有川化股份有限公司、陕西兴化化学股份公司、山生产企业,已有川化股份有限公司、陕西兴化化学股份公司、山东联合化工有限公司、贵州开磷集团剑江化肥厂等东联合化工有限公司、贵州开磷集团剑江化肥厂等6 家硝酸铵企家硝酸铵企业应用了该工艺,使用效果良好,硝酸铵冷凝废水实现了达标排业应用了该工艺,使用效果良好,硝酸铵冷凝废水实现了达标排放,排放水中氨氮指标低于国家新制定标准。陕西兴化化学股份放,排放水中氨氮指标低于国家新制定标准。陕西兴化化学股份公司公司30万万 ta硝酸铵装置成功应用了电渗析技术处理
17、硝酸铵冷硝酸铵装置成功应用了电渗析技术处理硝酸铵冷凝废水,实现了废水资源化回用,硝酸铵回收率超过凝废水,实现了废水资源化回用,硝酸铵回收率超过99%,公,公司外排水氨氮的质量浓度小于司外排水氨氮的质量浓度小于30 mgL,每天减排废水,每天减排废水720 t。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v制酸厂结晶硝酸铵和造粒硝酸铵装置各制酸厂结晶硝酸铵和造粒硝酸铵装置各1套,套,13.5万万ta结晶硝酸铵装置,采用传统的中和反应、二结晶硝酸铵装置,采用传统的中和反应、二段蒸发和真空结晶工艺。段蒸发和真空结晶工艺。10万万ta造粒硝酸铵和造粒硝酸铵和NP复合肥装置,采用传统的中和反应、
18、一段蒸发和复合肥装置,采用传统的中和反应、一段蒸发和熔融造粒工艺。这熔融造粒工艺。这2套装置的中和蒸汽经冷凝器冷凝套装置的中和蒸汽经冷凝器冷凝和蒸发蒸汽经表冷器冷凝后形成的氨氮含量较高的和蒸发蒸汽经表冷器冷凝后形成的氨氮含量较高的冷凝液,由于以前国内尚无成熟可靠的技术进行处冷凝液,由于以前国内尚无成熟可靠的技术进行处理,只能通过稀释的方式进行处理,致使结晶硝铵理,只能通过稀释的方式进行处理,致使结晶硝铵和造粒硝酸铵装置稀释排水量平均达到和造粒硝酸铵装置稀释排水量平均达到700 th,表冷液槽氨氮平均为表冷液槽氨氮平均为200350mgL,日均表冷,日均表冷液排放量为液排放量为2535th ,不
19、仅造成了水质严重污,不仅造成了水质严重污染,而且还浪费了大量的原材料和水资源。染,而且还浪费了大量的原材料和水资源。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势v为了解决硝酸铵冷凝液回收利用这一难题,公司决定为了解决硝酸铵冷凝液回收利用这一难题,公司决定采用电渗析技术来处理,利用电渗析具有的特性来达采用电渗析技术来处理,利用电渗析具有的特性来达到浓缩硝酸铵,淡化排放水,从而实现治理和回收的到浓缩硝酸铵,淡化排放水,从而实现治理和回收的目的。其处理的工艺过程为:冷凝废水先经中和调节目的。其处理的工艺过程为:冷凝废水先经中和调节系统处理,用硝酸调节至系统处理,用硝酸调节至pH值值7左右后的
20、冷凝液进入左右后的冷凝液进入冷却器冷却到冷却器冷却到35以下,再用水泵送入过滤精度为以下,再用水泵送入过滤精度为5m的室外精密过滤器中,过滤掉杂质后的冷凝废的室外精密过滤器中,过滤掉杂质后的冷凝废水进入一级原水罐,再经过滤精度为水进入一级原水罐,再经过滤精度为5m的室内精的室内精密过滤器后进入电渗析装置,废水中的密过滤器后进入电渗析装置,废水中的 NH4和和NO3通过离子交换膜,进行浓缩和淡化处理。所得通过离子交换膜,进行浓缩和淡化处理。所得的淡水回到循环水系统可作补充水用,浓缩水回到硝的淡水回到循环水系统可作补充水用,浓缩水回到硝铵系统循环使用。铵系统循环使用。 三、电渗析技术的特点及优势三
21、、电渗析技术的特点及优势v整个电渗析装置由整个电渗析装置由24台具有特殊专用膜的电渗析单元台具有特殊专用膜的电渗析单元所组成,分布在冷凝废水处理的循环浓缩系统和淡化所组成,分布在冷凝废水处理的循环浓缩系统和淡化回收系统。这回收系统。这2个系统分别由个系统分别由12台电渗析单元组成,台电渗析单元组成,每每3台组成一个串联系统运行,冷凝废水的最大处理台组成一个串联系统运行,冷凝废水的最大处理量为量为36 th,能够满足生产负荷的需要。硝酸铵冷,能够满足生产负荷的需要。硝酸铵冷凝废水经电渗析装置循环浓缩、淡化处理后,浓水中凝废水经电渗析装置循环浓缩、淡化处理后,浓水中硝酸铵的浓度为硝酸铵的浓度为3%
22、左右,左右, 回收率达回收率达99%以上,合以上,合格淡水排放水中氨氮的质量浓度小于格淡水排放水中氨氮的质量浓度小于40 mgL。不。不仅达到了减少硝酸铵废水排放量,消除污染的目的,仅达到了减少硝酸铵废水排放量,消除污染的目的, 而且还提高了资源综合利用率,降低了生产成本,取而且还提高了资源综合利用率,降低了生产成本,取得了显著的环保效益和经济效益。得了显著的环保效益和经济效益。三、电渗析技术的特点及优势三、电渗析技术的特点及优势单位单位治理废治理废水量水量废水中氨和硝酸铵废水中氨和硝酸铵含量含量厂家要求厂家要求排放水中排放水中氨、氮含氨、氮含量量完工时间完工时间NHNH3 3NHNH4 4N
23、ONO3 3陕西兴化化学股份有限公司陕西兴化化学股份有限公司30T/h30T/h3g/L3g/L15g/L15g/L100mg/L100mg/L20062006年年9 9月月贵州开磷剑江化肥有限责任公司贵州开磷剑江化肥有限责任公司18T/h18T/h3g/L3g/L15g/L15g/L30mg/L30mg/L20072007年年6 6月月川化股份有限公司川化股份有限公司32T/h32T/h3g/L3g/L15g/L15g/L40mg/L40mg/L20072007年年1212月月山东联合化工股份有限公司山东联合化工股份有限公司10T/h10T/h1g/L1g/L15g/L15g/L12mg/L
24、12mg/L20082008年年2 2月月内蒙古乌拉山化肥有限责任公司内蒙古乌拉山化肥有限责任公司30T/h30T/h2g/L2g/L15g/L15g/L40mg/L40mg/L20082008年年1010月月河南晋开化工投资控股集团有限责任河南晋开化工投资控股集团有限责任公司公司36T/h36T/h3g/L3g/L15g/L15g/L15mg/L15mg/L20092009年年2 2月月山西丰喜(集团)闻喜复肥分公司山西丰喜(集团)闻喜复肥分公司10T/h10T/h1g/L1g/L15g/L15g/L15mg/L15mg/L20092009年年5 5月月陕西兴化集团股份有限公司(二期工陕西兴
25、化集团股份有限公司(二期工程)程)60T/h60T/h3g/L3g/L15g/L15g/L10mg/L10mg/L20102010年年3 3月月黑龙江黑化集团黑龙江黑化集团14T/h14T/h1g/L1g/L15g/L15g/L15mg/L15mg/L安装结束安装结束单位单位治理废治理废水量水量废水中氨和硝酸铵废水中氨和硝酸铵含量含量厂家要求厂家要求排放水中排放水中氨、氮含氨、氮含量量完工时间完工时间NHNH3 3NHNH4 4NONO3 3河南永昌硝基肥有限公司河南永昌硝基肥有限公司10T/h10T/h0.5g/L0.5g/L15g/L15g/L6mg/L6mg/L20102010年年9 9
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