實習教學經(jīng)典案例電滲析膜處理技術(shù)課件

電滲析膜處理技術(shù)講解川化股份SichuanChemicalWorksGroupLtd.一、國內(nèi)目前硝銨裝置情況我國傳統(tǒng)的硝酸銨生產(chǎn)裝置大多技術(shù)裝備陳舊，工藝落后，環(huán)保水平偏低，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含氮工業(yè)廢水。特別是由于硝酸銨生產(chǎn)工藝決定的，由稀硝酸帶入的水分在中和、蒸發(fā)及結(jié)晶過程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工藝冷凝液中含有硝酸銨和氨，成為硝酸銨生產(chǎn)的主要廢水源。這些冷凝液若直接排放，會使排放水中氨氮含量超標，造成地表水體的富營養(yǎng)化，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡。如直接送回硝酸作吸收加水回用又不利于生產(chǎn)安全，并且還不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施，有一些公司采用加水稀釋排放的辦法以實現(xiàn)達標排放，耗費大量的水資源。目前，新修訂的地方和行業(yè)污水排放標準都相繼提高了氨氮排放標準，并對污染物的排放限值、水污染物基準排水量和排放濃度都做了相應新規(guī)定。因此，硝酸銨冷凝液的治理及回收利用成為硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)面臨的亟待解決的難題。一、國內(nèi)目前硝銨裝置情況二、膜處理技術(shù)發(fā)展歷史及應用行業(yè)目前已開發(fā)出利用電滲析（ED）技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的新工藝，既可將廢水中的硝酸銨回用于生產(chǎn)系統(tǒng)，同時又使冷凝廢水實現(xiàn)達標排放。電滲析技術(shù)最早西方國家運用在軍艦上的海水脫鹽處理成食用淡水，從20世紀50年代確立以來，在工程技術(shù)應用過程中迅速崛起，所起的作用與日俱增。我國是從1958年開始電滲析工程的研究開發(fā)工作，屬于世界上起步較早的國家之一。電滲析技術(shù)過去主要應用于苦咸水脫鹽以及鍋爐和工業(yè)工程用初級純水的制備等，隨著具有更好選擇性、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和力學性能的新型離子交換膜的出現(xiàn)，電滲析技術(shù)也不斷得到改進和提高，目前已發(fā)展成為一個大規(guī)模的化工單元過程，產(chǎn)業(yè)應用領(lǐng)域也有了新的擴展，完全可以適應硝酸銨生產(chǎn)的數(shù)量較多的冷凝廢水的治理需要。二、膜處理技術(shù)發(fā)展歷史及應用行業(yè)電滲析是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精化或純化的目的。利用電滲析脫鹽這一特性，從某些化工、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)品中去除無機電解質(zhì)，達到分離、凈化、提純和精制的目的，以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。并且逐漸擴大到海水淡化和制取工業(yè)純水的給水處理中，在重金屬廢水、放射性廢水等工業(yè)廢水處理中都已得到了應用。二、膜處理技術(shù)發(fā)展歷史及應用行業(yè)電滲析技術(shù)作為一項高科技，以其高效、節(jié)能、無三廢、占地少等優(yōu)點，通過不同工藝組合，已經(jīng)越來越廣泛地應用于化工、染料、冶金、食品、醫(yī)藥、生物工程等領(lǐng)域的特種分離、環(huán)保工程、資源回收、有機電解、食品脫鹽濃縮等，以其許多出色的應用實例，證實了其在技術(shù)上的先進性以及其它分離方法所不能替代的若干優(yōu)異的特點，已成為一種重要的水處理方法，并日益受到重視。在硝酸銨生產(chǎn)中，電滲析技術(shù)用于處理氨氮嚴重超標的冷凝廢水，對氨、硝酸銨和排放水進行回收利用，裝置投資少和操作費用較低，實現(xiàn)了消除污染、節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的目標，是一項把廢水處理、環(huán)境保護與資源回收、循環(huán)經(jīng)濟有效結(jié)合起來的新技術(shù)，具有十分廣闊的推廣應用前景。二、膜處理技術(shù)發(fā)展歷史及應用行業(yè)電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的工藝分為中和調(diào)節(jié)和電滲析分離回收兩部分，首先通過加稀硝酸或氨對冷凝廢水中氨或稀硝酸進行中和反應生成硝酸銨，再采用電滲析膜法將中和調(diào)節(jié)后的冷凝液進行濃縮分離后回收。目前開發(fā)出的新工藝還實現(xiàn)了裝置壓力、溫度、流量、pH值的自動控制調(diào)節(jié)（川化沒投用自動調(diào)節(jié)控制），確保廢水處理與回用裝置長周期安全穩(wěn)定運行。二、膜處理技術(shù)發(fā)展歷史及應用行業(yè)電滲析和離子交換、反滲透一樣，也是分離、提取物質(zhì)的一種方法，缺點：與反滲透技術(shù)相比，脫鹽率較低。電滲析技術(shù)的優(yōu)勢也是十分突出主要特點如下：1.裝置設(shè)計靈活 除鹽率比較任意，根據(jù)需要可在30%～99%的范圍內(nèi)選擇。濃水回收率較高，一般能達到65%～80%。裝置設(shè)計與系統(tǒng)應用靈活，根據(jù)不同的條件要求，可以靈活地采用不同形式的系統(tǒng)設(shè)計，并聯(lián)可增加處理量，串聯(lián)可提高脫鹽率，循環(huán)或部分循環(huán)可縮短工藝流程。整個操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化控制。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢2．能量消耗低 電滲析過程無相變，在一定的含鹽量條件下，是用清潔能源電力來將水中已離解的離子遷移掉，動力耗電也較低，經(jīng)濟效益顯著，是目前比較經(jīng)濟的水處理技術(shù)之一。同時在常溫下進行對產(chǎn)品性能影響小，適用于氨基酸、維生素等熱敏的活潑化合物的生產(chǎn)，減少了破壞其結(jié)構(gòu)的可能性或減少副反應的發(fā)生，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢3.無環(huán)境污染電滲析運行時，工藝過程潔凈，不像離子交換樹脂那樣有飽和失效問題，所以不用酸、堿頻繁清洗再生，也不需要加入其它藥劑，僅在定時清洗時用少量的水，即可實現(xiàn)清洗過程，就能達到分離、凈化、提純和精制產(chǎn)品的目的，對環(huán)境基本無污染。與反滲透相比，也沒有高壓泵的強烈噪聲，有利于實施清潔文明生產(chǎn)。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢4.使用壽命長 裝置預處理工藝簡便，設(shè)備經(jīng)久耐用。正常情況下，分離專用膜一般可用3～5a，電極板可用7～8a，隔板可用15a左右。且操作維修方便。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢實例：以處理量為40t／h的硝酸銨冷凝廢水的電滲析系統(tǒng)為例，固定資產(chǎn)投資1280萬元，運行費用根據(jù)冷凝廢水的水質(zhì)情況有所差異。處理每噸冷凝液大致耗用循環(huán)冷卻水6～7t，耗電10kW·h

，離子交換膜正常使用時間為3～5a，更換膜每組費用30萬元。實踐證明，相對于其它生化處理的方法，電滲析工藝處理硝酸銨廢水能達到節(jié)能減排、循環(huán)利用的效果，而且2a左右就可收回全部投資。目前國內(nèi)現(xiàn)有50余家硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)，已有川化股份有限公司、陜西興化化學股份公司、山東聯(lián)合化工有限公司、貴州開磷集團劍江化肥廠等6家硝酸銨企業(yè)應用了該工藝，使用效果良好，硝酸銨冷凝廢水實現(xiàn)了達標排放，排放水中氨氮指標低于國家新制定標準。陜西興化化學股份公司30萬t／a硝酸銨裝置成功應用了電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水，實現(xiàn)了廢水資源化回用，硝酸銨回收率超過99%，公司外排水氨氮的質(zhì)量濃度小于30mg／L，每天減排廢水720t。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢制酸廠結(jié)晶硝酸銨和造粒硝酸銨裝置各1套，13.5萬t／a結(jié)晶硝酸銨裝置，采用傳統(tǒng)的中和反應、二段蒸發(fā)和真空結(jié)晶工藝。10萬t／a造粒硝酸銨和NP復合肥裝置，采用傳統(tǒng)的中和反應、一段蒸發(fā)和熔融造粒工藝。這2套裝置的中和蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝和蒸發(fā)蒸汽經(jīng)表冷器冷凝后形成的氨氮含量較高的冷凝液，由于以前國內(nèi)尚無成熟可靠的技術(shù)進行處理，只能通過稀釋的方式進行處理，致使結(jié)晶硝銨和造粒硝酸銨裝置稀釋排水量平均達到700t／h，表冷液槽氨氮平均為200～350mg／L，日均表冷液排放量為25～35t／h，不僅造成了水質(zhì)嚴重污染，而且還浪費了大量的原材料和水資源。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢為了解決硝酸銨冷凝液回收利用這一難題，公司決定采用電滲析技術(shù)來處理，利用電滲析具有的特性來達到濃縮硝酸銨，淡化排放水，從而實現(xiàn)治理和回收的目的。其處理的工藝過程為：冷凝廢水先經(jīng)中和調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理，用硝酸調(diào)節(jié)至pH值7左右后的冷凝液進入冷卻器冷卻到35℃以下，再用水泵送入過濾精度為5μm的室外精密過濾器中，過濾掉雜質(zhì)后的冷凝廢水進入一級原水罐，再經(jīng)過濾精度為5μm的室內(nèi)精密過濾器后進入電滲析裝置，廢水中的NH4＋和NO3－通過離子交換膜，進行濃縮和淡化處理。所得的淡水回到循環(huán)水系統(tǒng)可作補充水用，濃縮水回到硝銨系統(tǒng)循環(huán)使用。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢整個電滲析裝置由24臺具有特殊專用膜的電滲析單元所組成，分布在冷凝廢水處理的循環(huán)濃縮系統(tǒng)和淡化回收系統(tǒng)。這2個系統(tǒng)分別由12臺電滲析單元組成，每3臺組成一個串聯(lián)系統(tǒng)運行，冷凝廢水的最大處理量為36t／h，能夠滿足生產(chǎn)負荷的需要。硝酸銨冷凝廢水經(jīng)電滲析裝置循環(huán)濃縮、淡化處理后，濃水中硝酸銨的濃度為3%左右，回收率達99%以上，合格淡水排放水中氨氮的質(zhì)量濃度小于40mg／L。不僅達到了減少硝酸銨廢水排放量，消除污染的目的，而且還提高了資源綜合利用率，降低了生產(chǎn)成本，取得了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。三、電滲析技術(shù)的特點及優(yōu)勢單位治理廢水量廢水中氨和硝酸銨含量廠家要求排放水中氨、氮含量完工時間NH3NH4NO3陜西興化化學股份有限公司30T/h≤3g/L≤15g/L≤100mg/L2006年9月貴州開磷劍江化肥有限責任公司18T/h≤3g/L≤15g/L≤30mg/L2007年6月川化股份有限公司32T/h≤3g/L≤15g/L≤40mg/L2007年12月山東聯(lián)合化工股份有限公司10T/h≤1g/L≤15g/L≤12mg/L2008年2月內(nèi)蒙古烏拉山化肥有限責任公司30T/h≤2g/L≤15g/L≤40mg/L2008年10月河南晉開化工投資控股集團有限責任公司36T/h≤3g/L≤15g/L≤15mg/L2009年2月山西豐喜（集團）聞喜復肥分公司10T/h≤1g/L≤15g/L≤15mg/L2009年5月陜西興化集團股份有限公司（二期工程）60T/h≤3g/L≤15g/L≤10mg/L2010年3月黑龍江黑化集團14T/h≤1g/L≤15g/L≤15mg/L安裝結(jié)束單位治理廢水量廢水中氨和硝酸銨含量廠家要求排放水中氨、氮含量完工時間NH3NH4NO3河南永昌硝基肥有限公司10T/h≤0.5g/L≤15g/L≤6mg/L2010年9月石家莊中冀正元化工股份有限公司15T/h≤2g/L≤15g/L≤15mg/L生產(chǎn)階段廣西柳州化工股份有限公司35T/h

≤15g/L≤15mg/L2010年12月新疆新化化肥有限公司25T/h≤1g/L≤15g/L≤10mg/L生產(chǎn)階段河南晉開化工投資控股集團有限責任公司(二期工程）60T/h

≤8g/L≤10mg/L生產(chǎn)階段山東聯(lián)合化工股份有限公司(二期工程）20T/h≤1g/L≤10g/L≤15mg/L安裝結(jié)束內(nèi)蒙古伊東九鼎化工有限責任公司16T/h

≤1.5g/L≤10mg/L生產(chǎn)階段安徽淮化股份有限公司35T/h

≤6.8g/L≤10mg/L生產(chǎn)階段陜西興化化學股份有限公司硝酸鈉8T/h

≤8g/L≤15mg/L生產(chǎn)階段電滲析器由膜堆、隔板、電極和夾緊裝置四部分組成；膜堆由濃、淡水隔板和陰、陽離子交換膜交替排列而成；電極包括電極材料，電極框和濃、淡水導水板。（1）隔板采用0.9mm聚丙烯板內(nèi)裝填聚丙烯網(wǎng)。（2）電極材料采用鍍鈦釕絲。（3）離子交換膜，采用特殊專用聚乙烯型異相離子交換膜。（4）電極框采用PVC板（多孔式）。（5）壓緊裝置采用不銹鋼夾板，不銹鋼雙頭鎖螺栓等構(gòu)成。膜堆/1個=300/對×每對/4張（1張陽膜+1張陰膜+2張隔板）+后來新增10/對+陰陽膜2張=1242/張。四、膜堆結(jié)構(gòu)電滲析是指在直流電場的作用下，溶液中帶電離子選擇性地透過離子交換膜的過程。物質(zhì)是由分子構(gòu)成，而分子又是由帶電離子構(gòu)成，各種物質(zhì)（溶液）也含有同樣特性，在此基礎(chǔ)上制成了電滲析的主要元件——陰陽離子交換膜。交換膜分陽離子交換膜（簡稱陽膜）、陰離子交換膜（簡稱陰膜）。陽膜的特性是只允許帶+電的離子通過，陰膜只允許帶—電的離子通過，也就是說陰、陽離子交換膜具有選擇透過性，加上直流電源后，離子的遷移透過得到加速，電滲析器就是利用了離子交換膜的特殊特性制成的。電滲析器中交替排列著陽膜和陰膜，分隔成小水室。當原水進入這些小室時，在直流電場的作用下，溶液中的離子就作定向遷移。陽膜只允許陽離子通過而把陰離子截留下來；陰膜只允許陰離子通過而把陽離子截留下來。結(jié)果使這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱為淡水。而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。五、電滲析原理進入電滲析的溶液含NH4NO3，進水為三股水：一股為極水（作傳導電流、離子遷移的推動力、循環(huán)換熱）；二、三股為含NH4NO3溶液。溶液進入電滲析后在電場的作用下進行離子遷移，在A室中NH4+離子和NO3-離子均無法遷移，因為左邊是一層陰膜，右邊是一層陽膜，NO3-離子無法通過陽膜，NH4+離子無法通過陰膜，因為陽膜上加的是+電荷（陽膜應能通過NH4+，但+電荷同性相斥，故又不能通過），因此NH4+和NO3-只能留在這個“室”內(nèi)。B室的情況就不同，在這一張隔板的左邊為陽膜，NH4+和NO3-進入此室時NH4+離子可通過陽膜向—極方向遷移——即“C室”，NO3-離子可通過右邊陰膜向“A室”+極方向遷移，這樣在這個“室”內(nèi)離子已遷移走，離子處于減少狀態(tài)，故稱“淡室”——即起了淡化作用。C室的情況與A室相同。A室和C室離子均遷移進來，越聚越多，故稱之“濃室”，一個室稱為一個單元，若干個“濃室”單元（或“淡室”單元）疊加在一起聚合在一個出口，總稱濃水口或淡水口，若干個小單元匯總在一起便組成一個水量大的電滲析器。六、離子分離過程分析直流電流的大小是決定遷移能力的大小，電流越大遷移越大，但不是無限止的，到了一定的強度，遷移能力不再增加，只消耗能量，做的是無用功，反而產(chǎn)生熱量，熱量超過40℃以上離子膜會分解失效，故設(shè)定有溫度跳車保護聯(lián)鎖。六、離子分離過程分析膜處理崗位分為：中和、濃縮、淡化工序。表冷液：來自一銨、二銨的硝銨表冷液進入膜處理裝置的表冷液貯槽（V0102a/b），分別送入中和反應罐（D0101a/b），經(jīng)pH計測量，當表冷液呈酸性時，開啟氣氨管線上的電磁閥，將氣氨引入中和罐與表冷液中和反應；當表冷液呈堿性時，從高位槽引入硝酸，經(jīng)加酸泵送入中和罐與表冷液反應。中和反應完成后，用中和液輸送泵（P0103a/b/c/d），通過表冷液泵送至表冷液冷卻器（C0101）,溫度從38℃降至35℃，最后中和表冷液送入稀硝酸銨溶液貯槽，通過P0103a/b泵輸入室外精過濾器（F0102a/b）除去雜質(zhì)，然后進入過濾溶液貯槽（V0201a/b），再經(jīng)一級原水泵（P0201a/bc/d）輸入室內(nèi)精過濾器（F0101a/b）過濾后分別送入濃縮離子膜（M0101a/b/c/d），在電極作用下逐級將硝銨與水分離開，形成3％左右硝銨溶液，送回再中和器回收。另外一部分淡水進入淡化工序處理，在電極作用下進一步將冷凝液中的硝銨分離出來，濃水送回濃縮工序。二級淡水氨氮含量≤40mg/l，送回循環(huán)水池作為補充水（現(xiàn)為合格排放至地溝）。七、電滲析膜處理裝置流程簡介1.進入電滲析器的原水水質(zhì)應滿足以下要求：冷凝液溫度5℃~35℃，混濁度≤1毫克/升（1o以下）硝銨含量＜15克/升，污染指數(shù)SD1＜10（即污泥密度指數(shù)）2.電滲析器的最大壓力≤0.3Mpa（進口原水、濃水壓力）3.1單臺濃縮電滲析（電流柜）最大允許直流電壓：270V最大允許電流：120A3.2單臺淡化電滲析（電流柜）直流最大允許電壓：270V最大允許電流：100A注：電滲析未通水，絕對不允許供電！八、工作條件1.絕對禁止硝酸銨冷凝液未進入電滲析時通電，否則將損壞膜堆極板鈦絲。2.電滲析器運行最大承受壓力不得超過0.35Mpa。3.當給開停膜堆時，注意應使?jié)狻⒌c極水之間壓力差不能大于0.02Mpa，以免因膜兩側(cè)壓差過大而壓破。4.硝酸銨冷凝液溫不得高于38℃，否則將損壞電滲析膜堆膜片（不耐高溫）。5.膜堆停車或短停時，應交替著慢慢關(guān)閉濃、淡水和極水進水閥，嚴禁猛關(guān)或只關(guān)濃水不關(guān)淡水；或只關(guān)濃、淡水不關(guān)極水。如果有兩個系列以上電滲析同時運行時，當停止其中一組時，還應注意其他電滲析的壓力及流量變化。九、注意事項6.運行期間注意不得用手觸摸電滲析膜堆防止觸電,不得有金屬物體和膜堆接觸以防止短路,并且保持膜堆清潔不能有結(jié)晶硝銨析出。7.膜堆拆下檢修時必須先切斷電源,關(guān)閉前后閥門,然后用電線把膜堆的正負接連接起來(因為膜堆里面有余電),把里面的余電放掉再開始拆。8.拆螺絲時應該兩邊同時拆,以防止膜堆傾斜發(fā)生危險。緊的時候也要對面同時緊,而且螺絲不能擰得太緊,以當時水不噴射出來就行。等運行一天后再收緊一下就好了，太緊會影響膜堆高度,而膜堆高度直接影響到它的通道水流量。9.接線柱上的螺絲一定要擰緊,否則會發(fā)熱燒壞接線柱,當發(fā)現(xiàn)銅鼻子上有綠顏色時,一定要及時清理干凈,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)腐蝕的要及時更換。九、注意事項10.中和加酸或氨時，請根據(jù)pH值少量多次加，不要一次性加到上限或下限，因中和罐有個中和過程時間，以避免反復加酸或氨，造成硝銨濃度過大，增加膜處理負荷和電損耗。11.膜堆可以連續(xù)運行,也可以斷續(xù)運行,不連續(xù)運行時,要每周通水一次以上,保持溫度在零度以上,零度以下會因為膜堆結(jié)冰膨脹而損壞。12.pH探頭要定期檢測其準確性,以防止中和不合格影響到后面的處理。13.中和罐攪拌器經(jīng)常巡檢和定期加油保養(yǎng)。九、注意事項1、電滲析開始運行時，要先通水后供電，停止運行時要先斷電后停水。短期停車時，電滲析器內(nèi)的冷凝液不應放空，以保持膜的濕潤。2、淡水系統(tǒng)的壓力應與濃水系統(tǒng)、極水系統(tǒng)的壓力保持基本平衡，并稍有提高。以防止?jié)馑蜆O水向淡水滲漏，各系統(tǒng)之間允許的壓力差主要取決于膜的機械強度，透水性和隔板的支撐情況。一般壓力差不宜大于0.03Mpa。3、開始和停止運行時，要盡量做到同時開啟和關(guān)閉淡水、濃水和極水的閥門，以使膜兩側(cè)的壓力基本相等，避免膜的破損，閥門要慢關(guān)，以免水壓突然變化產(chǎn)生水錘，防止膜的破裂和隔板變形。4、極限電流是電滲析的重要技術(shù)指標，工作電流一般不宜超過極限電流的10%。十、運行管理5、電滲析器運行狀態(tài)選定以后，調(diào)好電壓并保持電壓不變，投入長期運行。6、電滲析器運行一段時間后，淡水出口電導率升高時，說明離子交換膜上已有雜質(zhì)，應采取適當措施清除積垢，預防與清除電滲析器內(nèi)部雜質(zhì)的主要措施為：

⑴過濾器要定期反洗或者更換濾芯.

⑵電滲析膜堆器每6個月檢查一次，全部拆卸開來，徹底清除雜質(zhì)。十、運行管理1、膜處理接收表冷液指標（根據(jù)膜堆現(xiàn)階段處理能力而暫定）：NH3-N:≤1500mg/l2.5≤pH≤10.5。2、一級原水、濃水流量差正常控制指標：30~40LPM。3、二級原水、濃水流量差正?？刂浦笜耍?0~20LPM。4、一級極水流量正?？刂浦笜耍?0~5