MVR技术在湿法冶金废水处理中的应用

满中国

(三一重型机器有限公司，上海201413)



MVR技术在湿法冶金废水处理中的应用

满中国

(三一重型机器有限公司，上海201413)

摘要:介绍湿法冶金废水的金属离子、絮凝物等杂质预处理方法，通过机械蒸汽再压缩技术(MVR)对其高盐二级废水进行蒸发结晶处理，达到废水零排放要求。工程实践表明，MVR技术在湿法冶金废水处理中的应用能耗低、设备运行可靠，为湿法冶金废水处理提供了新的途径。

关键词:机械蒸汽再压缩;蒸发结晶装置; APP控制软件

随着国家环保要求的提高和企业环保意识的增强，湿法冶金废水中少量重金属元素及有害元素含量超标，且废水中硫酸盐、氯化钠等盐类太高，易使土地盐碱化而不能外排。一般采用电渗析、反渗透或其它膜分离技术进行二级深度处理。二级深度处理的淡水可以回用，而二级深度处理后有30%～40%的浓水及一些湿法冶金过程的高浓度废水含盐量超过海水淡化的浓水水质，使电渗析、反渗透或膜分离处理装置很难连续稳定运行。本文提出利用通过机械蒸汽再压缩技术简称MVR (Mechanical Vapor Recompression)处理高盐二级湿法冶金废水，实现湿法冶金废水零排放。

1　 MVR工作原理

MVR装置是整个湿法冶金废水处理系统的核心部分，绝大部分水分的蒸发是通过该装置来完成。其装置是根据各种物料在同一压力下沸点各不相同的特性进行设计，通过加热的方式使物料达到某种溶剂的沸点而从溶液中蒸发分离出来。根据不同废水物性参数专项设计，以期用最低能耗成本达到固液分离的目的。

如图1所示，系统输入的能量来自电能，浓液与来液热交换，蒸馏水也与来液热交换，尽量回收排出系统的热能，最大限度实现能量回收［1］。

图1　MVR系统热流图

2　湿法冶炼废水处理工艺的设计

2.1湿法冶金废水预处理

图2　废水预处理工艺流程

湿法冶金废水中含有镁、砷等重金属离子、絮凝物等杂质，为了消除对蒸发结晶工艺结垢、腐蚀影响和提高结晶盐的经济价值，首先完成废水预处理，其工艺流程简图如图2，主要由反应池#1、反应池# 2、中和池、絮凝池、沉淀池、污泥脱水机组成。废水在反应池#1内添加熟石灰，搅拌器搅拌后将pH值调整到9～11。将废水中的重金属离子生成氢氧化物沉淀，溢流至反应池#2，将废水中的多余钙离子变成碳酸钙沉淀，随后溢流至絮凝池，絮凝池加入混凝剂PAC、絮凝剂PAM，使得沉淀物变得更大更容易沉淀，絮凝完成以后进入沉淀池，絮凝物沉积在底部浓缩成泥浆液，经污泥泵输送至污泥脱水机［2］。上部清液进入中和池，中和池内加入硫酸中和，调节废水pH值至7～8以后的高盐废水进入暂存池，进入下一步蒸发结晶工艺。

2.2蒸发结晶设计

高盐废水溶液经过热交换器与排出系统的蒸馏水进行热交换，再进入排气热交换器与最终不凝气体热交换以后进入MVR蒸发主体热井。进入MVR蒸发主体的废水溶液与热井内原有的循环液混合后，通过MVR循环泵输送至蒸发主体喷淋管，使废水溶液均匀分布至换热管表面，与换热管内部的蒸汽进行热交换，产生的二次蒸汽经过汽液分离后进入蒸汽压缩机压缩升温。蒸汽热交换后产生的冷凝水汇集至蒸馏水罐，通过蒸馏水泵经过蒸馏水板式换热器与废水原液进行热交换以后排放至离子交换装置，将蒸馏水中的氨氮去除以后，排放至出水暂存池。浓缩后的废水溶液通过MVR浓缩液泵输送至盘管式结晶器，进行冷却结晶，通过离心机晶体分离。离心母液返回蒸发主体继续蒸发结晶处理。具体工艺流程如图3所示。

图3　蒸发结晶工艺流程

2.3蒸发结晶装置辅助装置

冶金废水蒸发结晶辅助装置主要单元包括酸洗装置、碱洗装置、除雾网清洗装置、消泡剂投加装置、防垢剂投加装置。

设备的清洗主要采用酸及碱交替的方式进行。蒸发器的结垢可从玻璃视镜中观察到结垢的情况，通过酸及碱循环清洗，可很容易将换热管表面的垢去除。结垢的成分为有机和无机两部分，无机垢采稀盐酸进行清洗，有机结垢则采用稀氢氧化钠溶液进行清洗。结垢经过酸碱交替清洗后，可去除蒸发系统换热管、管道、阀门等可能结垢的部件，蒸发系统避免结垢问题。

消泡剂投加装置主要控制蒸发器内的物料不产生泡沫，改善换热环境，保证产水水质。

防垢剂投加装置在运行过程中通过对来水投加防垢剂，对设备起到抑垢除垢作用，能大大延长设备的清洗周期，保证设备能长期稳定运行。

蒸发器产生的二次蒸汽将携带大量的盐溶液气沫，运行一段时间以后，除沫器丝网表面将附着大量盐溶液，将影响除沫器除沫效果，进而影响出水水质。在蒸馏水出水监测电导率大幅升高的时候及时清洗除沫器丝网，保证除沫器在正常洁净的状态下运行。

2.4冶金废水蒸发结晶经济性分析

以湿法冶金反应母液为例，其废水含有Mg2 +(2－8g/L)、Na+(20－40g/L)、SO42－(45－90g/ L)，pH值5～8，处理量为14.8 T/h。处理成本约42.2元/吨，废水处理成本分析如下表1。

表1　蒸发结晶经济性分析

3　控制原理

压缩机、进液泵、强制循环泵、蒸馏水泵等电机采用变频驱动，所有变频器采用直流母线结构。通过三相交流电通过整流器整流后，逆变器共用整流母线，各个逆变器驱动电机一体化控制［3］，其拓扑结构如图4。

图4　母线型变频器拓扑结构

废水处理车设有控制箱，实现启动自动运行按钮，达到预热温度后压缩机设有启动确认程序后，其他控制点都处于自动控制状态。系统设有检测、控制、报警、联锁/停车的功能设计。通过无线路由器接入Internet，手机或Pad APP控制软件可以实现遥控功能，完成数据检测和整机自动控制功能。

4　结论

本项目完成电池原材料四钴母液废水处理，年处理量为18.6万m3，废水成分检测如表2:

表2　四钴母液废水成分表

试验研究结果表明，蒸发浓缩后溶质主要进入结晶产物，经蒸发浓缩处理后的蒸馏水水质能满足回用及排放要求。湿法冶金废水预处理的高盐溶液通过MVR技术蒸发结晶，达到废水的零排放，设备运行稳定、能耗低，可以满足湿法冶金废水处理需要。

参考文献:

［1］方健才.MVR蒸发工艺在氯化铵废水处理中的应用及经济分析［J］.广东化工，2012，(8).

［2］吴胜举，张冰如，李风婷，等.介孔吸附剂在去除水体中重金属离子中的应用［J］.石油学报，2012，(8).

［3］潘孟春.电力电子与电力传动(第二版)［M］.长沙:国防科技大学出版社，2006.

［编校:杨琴］

Application of MVR Technology in Progress of Hydrometallurgy Wastewater

MAN Zhongguo
(Sany Heavy Machine Limited Company，Shanghai 201413)

Abstract:The methods of pretreating metal ions and impurity in hydrometallurgy wastewater are reviewed.And the high－salinity wastewater in the second stage process is evaporated and crystallized by mechanical vapor recompression (MVR) technology，which has realized zero discharge.Engineering practice shows that the application of MVR technology is of low energy consumption and reliable in progress of hydrometallurgy wastewater，which provides a new way of hydrometallurgy wastewater treatment.

Key words:mechanical vapor recompression; evaporation and crystallization equipment; APP control software

作者简介:满中国(1980－)，男，江苏徐州人，工程师，工学硕士，研究方向为水工艺、控制方面研究与工程设计。

收稿日期:2016－01－26

中图分类号:X756

文献标识码:A

文章编号:1671－9654(2016)01－049－04