甘氨酸生產(chǎn)廠廢水處理的治理方案

甘氨酸生產(chǎn)廠廢水處理的治理方案

氨基丙烯酸也被稱為氨基丙烯酸。它是醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成藥物和生物化學(xué)的重要原料，也是一個(gè)非常重要的合成中心。甘氨酸也可以用作食品工業(yè)中的調(diào)味劑、糖精去苦劑、抗氧化劑;化肥工業(yè)中的二氧化碳脫除劑;紡織工業(yè)中的織物染色用表面活性劑等。目前國(guó)內(nèi)甘氨酸的生產(chǎn)方法主要采用傳統(tǒng)的氯乙酸氨解法,其主要原料為氯乙酸、液氨、烏洛托品。此法生產(chǎn)甘氨酸排放廢液中含有一定量的氯化銨、少量的烏洛托品及微量的甘氨酸。含有上述多種污染物的廢水對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前國(guó)內(nèi)甘氨酸生產(chǎn)廠家紛紛對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行研究加以治理,以期率先完成廢水的達(dá)標(biāo)排放。筆者針對(duì)此類(lèi)工業(yè)廢水的治理,提出采用多效真空降膜蒸發(fā)系統(tǒng)兼熱泵技術(shù)回收廢液中的氯化銨,回收氯化銨后排放的冷凝水進(jìn)入冷凝水凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理的綜合治理方案。1傳統(tǒng)離子交換法提取氯化銨總體上有化學(xué)法和物理法。運(yùn)用化學(xué)法在廢水的后處理方面相當(dāng)復(fù)雜,目前未見(jiàn)其應(yīng)用的報(bào)道。物理法具體說(shuō)來(lái)有膜法、離子交換法和蒸發(fā)法。膜法主要有電滲析、擴(kuò)散滲析和反滲透等,采用膜法從含低濃度氯化銨的廢水中回收氯化銨,其設(shè)備造價(jià)和能耗都比較高。傳統(tǒng)的離子交換法實(shí)為間歇式操作,并且工藝流程不能隨意調(diào)整,使得其工程化的動(dòng)靜設(shè)備和儀表大量增加,最主要的是運(yùn)用離子交換法得到的氯化銨溶液濃度很低,由于溶液的提濃問(wèn)題很難解決,這樣此法的應(yīng)用受到了很大的限制。筆者研究采用蒸發(fā)法對(duì)廢水中的氯化銨進(jìn)行回收。1.1蒸發(fā)過(guò)程中氯化銨的控制由于是從廢液中回收氯化銨,因此在具體操作上非常困難。從生產(chǎn)甘氨酸的廢水中提取氯化銨又有其特殊性,具體說(shuō)有以下三大難點(diǎn):①能耗問(wèn)題。由于廢液中含氯化銨的濃度較低,要回收氯化銨就必須先去掉大量水分,因而能耗較大,成本過(guò)高。②腐蝕問(wèn)題。氯化銨溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕性極強(qiáng),必須采用先進(jìn)的蒸發(fā)工藝,也必須選用高級(jí)的材料制作設(shè)備和管道,這又加重了回收氯化銨的成本,即使采用鈦材設(shè)備,在溫度、濃度較高的情況下,仍然存在較強(qiáng)的腐蝕性。③蒸發(fā)過(guò)程中存在氯化銨的升華問(wèn)題,另外催化劑烏洛托品的分解導(dǎo)致冷凝水排放不達(dá)標(biāo)造成二次污染。由于上述3個(gè)原因,使得以往回收氯化銨的成本居高不下,從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)說(shuō)是沒(méi)有盈利的。1.2蒸發(fā)汽化技術(shù)對(duì)于能耗過(guò)高的問(wèn)題,采用多效蒸發(fā),以火用分析法和熱力學(xué)經(jīng)濟(jì)理論為依據(jù),優(yōu)化出合理的效數(shù),認(rèn)為較經(jīng)濟(jì)的合理效數(shù)為2～4,本工藝采用三效。為進(jìn)一步節(jié)約能源,在第一效增加了熱泵蒸發(fā)。采用熱泵技術(shù)使部分低品位能源(二次蒸汽)經(jīng)熱泵壓縮后作為高品位能源(高溫蒸汽)重復(fù)使用,節(jié)省一部分生蒸汽。本工藝還設(shè)置了乏汽預(yù)熱器使得末效二次汽用于預(yù)熱物料。采用三效或四效蒸發(fā)和熱泵技術(shù)相結(jié)合的蒸發(fā)工藝,蒸汽被多次重復(fù)利用,降低了蒸發(fā)總成本,使蒸發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性明顯提高。為了減緩氯化銨溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕性,采用低溫蒸發(fā)工藝,這樣可以采用真空蒸發(fā)降低各效溶液的沸點(diǎn),使溶液在較低的溫度下蒸發(fā)汽化,從而緩解氯化銨溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕。另外,在很大程度上抑制了催化劑烏洛托品的分解以及氯化銨的升華。1.3真空蒸發(fā)蒸發(fā)與降壓蒸發(fā)技術(shù)蒸發(fā)器的種類(lèi)很多,常見(jiàn)的有循環(huán)型(非膜式):中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器和外加熱式蒸發(fā)器等;單程型(膜式):升膜蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器。蒸發(fā)器選型一般應(yīng)考慮如下原則:滿足生產(chǎn)工藝要求;保證產(chǎn)品質(zhì)量;生產(chǎn)能力較大;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;操作維修方便;經(jīng)濟(jì)性。多效蒸發(fā)系統(tǒng)中的總推動(dòng)力由式(1)確定:式中:ΔT為蒸發(fā)系統(tǒng)中總的推動(dòng)力,℃;T為一效加熱蒸汽的溫度,℃;t為末效冷凝器的溫度,℃;Δf為蒸發(fā)系統(tǒng)中汽相總阻力,℃。式中:Δ1為由溶液蒸氣壓降低引起的溫差損失,℃;Δ2為由液柱靜壓頭引起的溫差損失,℃;Δ3為由管道阻力引起的溫差損失,℃。由式(1)和式(2)可知,采用真空蒸發(fā)工藝后T變小,使系統(tǒng)的總理論傳熱溫差(T-t)變小,即總的推動(dòng)力也變小,使得實(shí)現(xiàn)多效蒸發(fā)變難,但是由于降膜蒸發(fā)器沒(méi)有靜壓引起的沸點(diǎn)升高,即Δ2=0,使得系統(tǒng)總阻力Δf變小;又由于采用真空蒸發(fā),末效二次蒸汽的溫度t可以很低,從而使得(T-t)加大,最后結(jié)果是總的推動(dòng)力仍然較大,這樣才能在較小的總有效傳熱溫差下實(shí)現(xiàn)多效蒸發(fā)工藝。另外,只有降膜蒸發(fā)器在小的傳熱溫差下可以運(yùn)行,而且降膜蒸發(fā)器汽化表面很大,蒸汽中液膜夾帶量很少,很大程度上避免了二次污染。所以本項(xiàng)技術(shù)中選用降膜蒸發(fā)器是合理的。綜上述采用這種多效真空降膜蒸發(fā)兼熱泵技術(shù),可以有效地克服回收氯化銨的各項(xiàng)難點(diǎn),將廢水中的氯化銨分離出來(lái)。采用低溫蒸發(fā)工藝,雖然抑制了氯化銨的升華,但在蒸發(fā)過(guò)程中仍有少量催化劑烏洛托品分解為氨和甲醛,隨二次汽的冷凝進(jìn)入冷凝水中,致使冷凝水的化學(xué)需氧量(CODCr)超標(biāo)。這樣就要求在回收氯化銨后,必須有冷凝水的凈化系統(tǒng),去除冷凝水中的氨氮和甲醛,最終真正做到無(wú)污染排放。2蒸發(fā)系統(tǒng)工作原理蒸發(fā)工藝流程圖見(jiàn)圖1。本工藝采用逆流流程,為了減小能量消耗,原廢水首先進(jìn)入乏汽預(yù)熱室6進(jìn)行預(yù)熱,這樣既減輕了大氣冷凝器9的負(fù)荷,又充分利用了余熱。預(yù)熱后的廢液分別經(jīng)三效、二效、一效降膜蒸發(fā)器進(jìn)行加熱蒸發(fā),而后進(jìn)入閃蒸罐5進(jìn)一步濃縮,直至達(dá)到所需濃度,再將濃縮液打入結(jié)晶器7進(jìn)行常溫結(jié)晶,而后進(jìn)行液固分離。為保證降膜蒸發(fā)器正常蒸發(fā)的最小降流密度,每一效蒸發(fā)器都有部分蒸發(fā)液進(jìn)行自循環(huán)。由結(jié)晶槽出來(lái)的母液用母液泵打入乏汽預(yù)熱室內(nèi)預(yù)熱,然后與原液一起進(jìn)入三效加熱室進(jìn)行加熱蒸發(fā)。由鍋爐來(lái)的生蒸汽和經(jīng)一效汽液分離室分離出來(lái)的二次部分蒸汽經(jīng)熱泵壓縮后共同進(jìn)入一效加熱室的殼程,對(duì)一效蒸發(fā)器加熱室進(jìn)行加熱。由一效汽液分離室分離出的另一部分二次汽進(jìn)入二效加熱室的殼程,作為熱源對(duì)二效蒸發(fā)器加熱室進(jìn)行加熱。由二效汽液分離室分離出的二次蒸汽進(jìn)入三效加熱室進(jìn)行加熱。由三效汽液分離室分離出來(lái)的二次蒸汽進(jìn)入乏汽預(yù)熱室進(jìn)行部分冷凝。由乏汽預(yù)熱室出來(lái)的未冷凝的尾汽進(jìn)入大氣冷凝器內(nèi)直接將其中的水蒸汽冷凝下來(lái),冷凝水進(jìn)入儲(chǔ)水池內(nèi),通過(guò)泵打入涼水塔內(nèi)。不凝性氣體用真空泵抽走,以保證蒸發(fā)系統(tǒng)真空蒸發(fā)。一效蒸發(fā)器的冷凝水回鍋爐房重復(fù)利用,二、三效降膜蒸發(fā)器殼程中的冷凝水和乏汽預(yù)熱器出來(lái)的冷凝水以及大氣冷凝器排放的冷凝水用泵打入廢水凈化系統(tǒng)。3農(nóng)業(yè)級(jí)氯化銨c的經(jīng)濟(jì)效益在經(jīng)濟(jì)效益方面,一般污水處理工程項(xiàng)目微虧損或持平都為好項(xiàng)目。而本項(xiàng)技術(shù)有一定的經(jīng)濟(jì)效益。年度總成本C1可按下式匡算:式中:η為設(shè)備年折舊率,%;Z為設(shè)備總投資,元;A為消耗能源的單價(jià),元/kJ;Q為年回收氯化銨產(chǎn)量,t/a;B為噸產(chǎn)品的能源消耗,kJ/t;M為管理成本,元/a。年度總經(jīng)濟(jì)效益C按下式匡算:式中C2為銷(xiāo)售收入,元/a;C3為納稅金額,元/a。若以年產(chǎn)1萬(wàn)t甘氨酸為例計(jì)算,每年要向外排放5萬(wàn)t的廢水,其中氯化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%,若全部回收每年可回收1萬(wàn)t氯化銨(Q=10000t/a),需蒸掉4萬(wàn)t水,采用三效蒸發(fā)流程,生蒸汽經(jīng)濟(jì)性的比值W(水)/D(汽)取2.5,則需耗生蒸汽1.6萬(wàn)t。低溫蒸發(fā)采用0.2MPa的生蒸汽作為一次能源,其值按614kJ/kg計(jì),價(jià)格按0.1元/kg計(jì),則:消耗能源的單價(jià)A=0.1/614=0.1629×10-3(元/kJ)噸產(chǎn)品的能源消耗B=1.6×614×103=982.4×103(kJ/t)設(shè)備總投資Z=250萬(wàn)元;η=20%;年管理成本M=30萬(wàn)元按式(3)可計(jì)算出年度總成本C1=240萬(wàn)元,