申請日2017.09.27
公開(公告)日2018.02.13
IPC分類號C02F9/10
摘要
本發明涉及一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法,包括以下步驟：將酸性廢水降溫至膜過濾濃縮系統進行處理所需要的溫度;降溫后的酸性廢水利用膜過濾濃縮系統進行過濾濃縮，得到酸性廢水濃縮液;將所述酸性廢水濃縮液經過預熱后進入蒸發系統進一步蒸發濃縮;其中，步驟(1)中酸性廢水和步驟(3)中酸性廢水濃縮液互為冷熱源，進行熱交換，同時實現酸性廢水的降溫和酸性廢水濃縮液的預熱。本發明在粘膠纖維高溫酸性廢水處理過程中充分的實現了熱能的綜合利用，減少了能耗和運行的成本。
權利要求書
1.一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將酸性廢水降溫至膜過濾濃縮系統進行處理所需要的溫度;
(2)降溫后的酸性廢水利用膜過濾濃縮系統進行過濾濃縮，得到酸性廢水濃縮液;
(3)將所述酸性廢水濃縮液經過預熱后進入蒸發系統進一步蒸發濃縮;
其中，步驟(1)中酸性廢水和步驟(3)中酸性廢水濃縮液互為冷熱源，進行熱交換，同時實現酸性廢水的降溫和酸性廢水濃縮液的預熱。
2.根據權利要求1所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，所述粘膠纖維酸性廢水為在粘膠纖維生產過程中排放的夾帶酸浴的纖維沖洗水，排放位置在纖維切斷前或纖維切斷后。
3.根據權利要求2所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，所述粘膠纖維酸性廢水的溫度為85-98℃，各組份濃度為硫酸5-13g/L、硫酸鈉15-40g/L、硫酸鋅0.3-1.1g/L，濁度為30-50ntu。
4.根據權利要求1至3任一項所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，步驟(1)中所述酸性廢水的降溫采用換熱降溫和真空閃發降溫的方式，將酸性廢水降溫至30-38℃。
5.根據權利要求4所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，所述換熱降溫采用的是換熱器，為換熱器提供冷源的是步驟(2)中經過膜過濾濃縮系統處理后得到的酸性廢水濃縮液，所述真空閃發降溫采用多級真空閃發，產生的二次蒸汽用于步驟(3)的蒸發系統。
6.根據權利要求1至3任一項所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，步驟(2)中所述膜過濾濃縮系統處理后的酸性廢水濃縮液的溫度為33-40℃，各組份濃度為硫酸25-30g/L、硫酸鈉75-90g/L、硫酸鋅2-2.5g/L。
7.根據權利要求1至3任一項所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，步驟(3)中所述酸性廢水濃縮液的預熱采用換熱升溫的方式，預熱后的溫度為82-90℃。
8.根據權利要求7所述一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，其特征在于，所述換熱升溫采用的是換熱器，為換熱器提供熱源的是步驟(1)中的酸性廢水。
說明書
一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法
技術領域
本發明涉及一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，屬于粘膠纖維生產領域，尤其是粘膠纖維酸性廢水的處理領域。
背景技術
粘膠纖維工廠紡練車間排放的酸性廢水含有硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅，現在的處理方式是：酸性廢水排放至污水處理廠和其它污水混合后統一處理，大量含鹽廢水的外排不但影響后續廢水的生化處理效果，還浪費能源。研究改變酸性水處理工藝，回收酸性水中的硫酸、硫酸鈉及硫酸鋅，不但可以降低外排水里酸和鹽含量，降低生化處理難度，降低污水處理成本，更符合環保和節能降本的發展趨勢。隨著行業競爭和環保政策的日益嚴格，粘膠企業開始重視酸性廢水的回用處理。現已有粘膠企業采用的蒸發的方式對酸性廢水進行濃縮回用，蒸發系統存在投資大，運行費用高的缺點，成本高能耗大成為酸性水濃縮回用工藝發展的最大制約。目前，膜過濾濃縮技術以其能耗低，效率高的優點在處理含鹽廢水領域得到廣泛應用，但此技術不適合處理含高濃鹽廢水。同時，膜過濾裝置要求過濾介質的溫度要降到40℃以下，而進入蒸發系統的的介質溫度越高，系統能耗越低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，工藝可行，穩定有效，可充分有效利用高溫酸性廢水的熱能，降低利用蒸發系統處理酸性廢水的蒸汽消耗。本發明采用膜過濾和蒸發相結合的生產工藝對酸性水進行濃縮處理，充分發揮膜過濾和蒸發對高低濃度酸性廢水處理的技術優勢，可以節省設備投資和運行費用，提高運行效率。而本發明對高溫酸性廢水膜過濾和蒸發處理的熱能進行綜合利用，充分利用高溫酸性廢水熱能，節省系統整體能耗。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種處理粘膠纖維酸性廢水過程中的熱能綜合利用的方法，包括以下步驟：
(1)將酸性廢水降溫至膜過濾濃縮系統進行處理所需要的溫度;
(2)降溫后的酸性廢水利用膜過濾濃縮系統進行過濾濃縮，得到酸性廢水濃縮液;
(3)將所述酸性廢水濃縮液經過預熱后進入蒸發系統進一步蒸發濃縮;
其中，步驟(1)中酸性廢水和步驟(3)中酸性廢水濃縮液互為冷熱源，進行熱交換，同時實現酸性廢水的降溫和酸性廢水濃縮液的預熱。
在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
進一步，所述粘膠纖維酸性廢水為在粘膠纖維生產過程中排放的夾帶酸浴的纖維沖洗水，排放位置在纖維切斷前或纖維切斷后。
粘膠纖維的制備方法通常包括粘膠的制備、紡絲成型、后處理三個步驟，一般是由纖維素原料提取出純凈的α-纖維素(稱為漿粕)，用燒堿、二硫化碳處理，得到橙黃色的纖維素黃原酸鈉，再溶解在稀氫氧化鈉溶液中，成為粘稠的紡絲原液，稱為粘膠。粘膠經過濾、熟成(在一定溫度下放置約18～30h，以降低纖維素黃原酸酯的酯化度)、脫泡后，進行濕法紡絲，凝固浴(酸浴)由硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅組成。粘膠中的纖維素黃原酸鈉與凝固浴中的硫酸作用而分解，纖維素再生而析出，所得纖維素纖維經水洗、脫硫、漂白、干燥后成為粘膠纖維。本發明處理的廢水是在粘膠纖維工廠生產粘膠纖維的生產線中，紡練車間進行濕法紡絲時產生的夾帶酸浴的纖維沖洗水，該廢水從紡練車間排放出來的位置在濕法紡絲的纖維切斷前或纖維切斷后。
進一步，所述粘膠纖維酸性廢水的溫度為85-98℃，各組份濃度為硫酸5-13g/L、硫酸鈉15-40g/L、硫酸鋅0.3-1.1g/L，濁度為30-50ntu。
因為凝固浴由硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅組成，其沖洗水也自然含有這些物質。而濁度是指水中懸浮物對光線透過時所發生的阻礙程度。水中的懸浮物一般是泥土、砂粒、微細的有機物和無機物、浮游生物、微生物和膠體物質等。水的濁度不僅與水中懸浮物質的含量有關，而且與它們的大小、形狀及折射系數等有關。由此可見，粘膠纖維酸性廢水中明顯還含有一定量的懸浮物。
進一步，在步驟(1)降溫之前，所述酸性廢水還可以進行預處理：將酸性廢水集中收集后，恒溫攪拌并自然沉降，然后過濾去除水中懸浮物。
更具體的，將粘膠纖維酸性廢水用泵輸送到收集罐中集中收集，保持恒溫攪拌預先設定的時間后，停止攪拌，靠重力作用自然沉降。
進一步，所述收集罐為碳鋼襯高溫膠設備，并帶有攪拌器。
本發明的收集罐可以由耐高溫的碳鋼襯膠儲罐改造而成，其耐溫范圍在100-110℃，其上加裝攪拌器，并配合一些現有的檢測系統和控制系統，可以進行本發明步驟(1)。具體的，攪拌器為框式或漿式攪拌器，攪拌器的轉速50-100rpm。
進一步，酸性廢水恒溫攪拌的溫度為85-95℃，時間為1.5-3h;自然沉降的時間為1-2h，在自然沉降后將酸性廢水的溫度降至30-38℃;過濾采用0.1um-10um孔徑的微過濾設備。
微過濾是指將顆粒從流體(氣體或液體)中分離出來的一種技術，屬于過濾技術中的一種，它與其他的分離方法及適用范圍有所不同，介于常規過濾和超濾之間。
本發明步驟(1)之前酸性廢水的預處理的具體步驟是：粘膠纖維酸性廢水經過集中收集至帶攪拌的設備后攪拌，然后經過自然沉降，將水中溶解的膠體物質和其它雜質析出并沉降下來，用過濾設備將析出的沉降物和懸浮物過濾去除。其原理是：酸性廢水中溶的膠體物質和其它雜質會隨著攪拌不斷碰撞團聚成大顆粒，停止攪拌自然沉降1-2小時，形成的大顆粒膠體粒子會析出沉積在收集罐底部，然后經過過濾設備除去析出的沉降物和懸浮物，將水的濁度降至8-15ntu。
本發明采用攪拌、沉降和過濾的方式除去粘膠纖維酸性廢水中的膠體物質和其它懸浮物，降低廢水的濁度，提高下一步利用膜過濾濃縮系統進行進一步處理的運行效率，降低運行成本，延長膜使用周期，縮短膜清洗時間，對膜過濾濃縮技術應用于粘膠纖維酸性廢水處理具有推動和指導意義。
進一步，步驟(1)中所述酸性廢水的降溫采用換熱降溫和真空閃發降溫的方式，將酸性廢水降溫至30-38℃。
降溫具體可以選擇在預處理中進行，在自然沉降后的進行降溫，也可以選擇在預處理全部結束后再進行降溫。降溫的目的是使酸性廢水達到經過膜過濾濃縮系統所需要的溫度，過高的溫度會對膜過濾濃縮系統產生破壞，而且不利于過濾濃縮的進行。進一步，所述換熱降溫采用的是換熱器，為換熱器提供冷源的是步驟(2)中經過膜過濾濃縮系統處理后得到的酸性廢水濃縮液，所述真空閃發降溫采用多級真空閃發，產生的二次蒸汽用于步驟(3)的蒸發系統。
進一步，所述換熱降溫采用的是換熱器，為換熱器提供冷源的是步驟(2)中經過膜過濾濃縮系統處理后得到的酸性廢水濃縮液，所述真空閃發降溫采用多級真空閃發，產生的二次蒸汽用于步驟(3)的蒸發系統。
步驟1)中具體實施時，溫度較高的所述酸性廢水的降溫過程是采用換熱降溫和真空閃發降溫的方式，將經過預處理后的高溫酸性廢水分成兩部分，第一部分高溫酸性廢水采用多級真空閃發工藝降溫，閃發后產生的的二次蒸汽進入蒸發系統使用，第二部分高溫酸性廢水換熱是采用換熱器降溫，為其提供冷源的是膜過濾濃縮系統過濾濃縮處理后的酸性廢水濃縮液。而具體兩種方式的處理量的比例可以根據實際生產及換熱的需要進行調整。這樣，酸性廢水降溫過程不額外引入冷源，并充分收集降溫時的熱能利用至蒸發系統。
進一步，步驟(2)中所述膜過濾濃縮系統采用超濾、反滲透或超濾、電滲析的膜組合處理方式，或者，采用陶瓷膜、反滲透或陶瓷膜、電滲析的膜組合處理方式。
本發明中的膜過濾濃縮系統可以采用以超濾為主的膜過濾濃縮方式，即采用超濾+反滲透或者超濾+電滲析的膜組合處理方式，也可以采用以陶瓷膜為主的膜過濾濃縮方式，即陶瓷膜+反滲透或者陶瓷膜+電滲析的膜組合處理方式。
進一步，膜過濾濃縮系統處理后的酸性廢水濃縮液的溫度為33-38℃;各組份濃度為硫酸25-30g/L、硫酸鈉75-90g/L、硫酸鋅2-2.5/L。而膜過濾濃縮系統處理分離出的濾液作為生產用水回用至粘膠纖維生產系統。
進一步，步驟(3)中所述酸性廢水濃縮液的預熱采用換熱升溫的方式，預熱后的溫度為82-90℃。
進一步，所述換熱升溫采用的是換熱器，為換熱器提供熱源的是步驟(1)中的酸性廢水。
步驟(2)得到的酸性廢水濃縮液的初始溫度并不高，為了后續更好的進行蒸發濃縮，需要先進行預熱，而預熱所用熱源為之前步驟(1)中溫度較高的酸性廢水，也就是說，步驟(1)中的溫度較高的酸性廢水與這里膜過濾濃縮系統處理后的溫度較低的酸性廢水濃縮液互為冷熱源，通過換熱器對兩處液體進行換熱，提供熱能的綜合利用，減少能耗和運行成本。
進一步，所述蒸發系統采用多效蒸發裝置、多級閃蒸裝置或MVR蒸發器，經過蒸發系統處理后得到的最終濃縮液中各組份濃度為硫酸115-120g/L、硫酸鈉345-360g/L、硫酸鋅9.5-12g/L。而經過蒸發系統處理后得到的最終濃縮液回用至粘膠纖維生產系統中的酸浴步驟，蒸發系統產生的冷凝水作為生產用水回用至粘膠纖維生產系統。
膜過濾濃縮系統適合處理低濃度的酸性廢水，先對預處理后的粘膠纖維生產過程中排放的夾帶酸浴的纖維沖洗水進行膜過濾濃縮，初步提升酸性和鹽濃度。而蒸發系統適合處理高濃度的酸性廢水，可以進一步提高廢水中酸性和鹽濃度，使得濃縮后的酸性廢水可以用于粘膠纖維生產車間中的酸浴系統。兩個系統中產生的濾液和冷凝水也可以作為生產用水回用至粘膠纖維生產系統。
采用膜過濾濃縮系統和蒸發系統相結合的生產工藝對酸性廢水進行濃縮處理，充分發揮蒸發系統和膜過濾濃縮系統分別對高低濃度廢水處理的技術優勢，可以節省設備投資和運行費用，提高運行效率。本發明既可以降低外排水鹽含量，實現資源循環使用，降低污水處理成本和生產成本,對整個粘膠纖維產業的良性發展具有推動和指導意義。
本發明的有益效果是：在高溫酸性廢水降溫的過程中不額外引入冷源，充分平衡高溫酸性廢水降溫和升溫過程的熱能，降低采用膜過濾濃縮和蒸發相結合的技術處理高溫酸性廢水的能耗，充分的實現了熱能的綜合利用，減少了能耗和運行的成本。
