一种催化剂废水处理系统的制作方法

1.本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种催化剂废水处理系统。


背景技术：

2.催化剂生产过程中产生废水已成为制约催化剂发展的瓶颈之一，由于其组成特殊，处理难度大，不同应用领域的催化剂生产废水组分不同其处理工艺也差别较大。总体来说催化剂生产废水特点，悬浮物、氨氮、硫酸根、硝酸根、氯离子含量高，另外还含有不同种类的重金属。碳纳米管（cnts）催化剂是一种用于制备碳纳米管的催化剂，cnts催化剂生产废水，悬浮物、硝酸根、钠含量高，还含有镍、钴、锰、钙、镁等重金属，含有微量的硫酸根，ph呈弱碱性。催化剂废水主要处理工艺包括：热法脱氨，生化脱氨，絮凝或碱沉淀金属以及蒸发出杂盐。
3.现有公开的技术，大多是针对催化剂废水中的某一组分进行深度处理和回用，或对催化剂废水进行简单的预处理，最终蒸发得到杂盐卫生填埋，并未见催化剂废水到完整的处理工艺。催化剂废水中有价金属、高浓度氨氮和钠盐等都具备资源再利用的价值。综上所述，针对现有技术的不足，针对碳纳米管的催化剂废水提出一种废水高效、低能耗资源回收利用的方法。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种催化剂废水处理系统。
5.本发明是通过以下技术方案予以实现：一种催化剂废水处理系统，包括：预处理单元，通过混凝沉淀的方式获得含氨的硝酸盐溶液；氨回收单元，包括汽提脱氨塔和氨水回收装置，所述汽提脱氨塔用于获得脱氨后的硝酸盐溶液，所述氨水回收装置用于冷凝汽提脱氨塔产生的氨水；硝酸钠精制单元，包括一级纳滤和二级纳滤，用于精制所述脱氨后的硝酸盐溶液，获得精制硝酸钠溶液；蒸发单元，包括二效强制循环蒸发装置、冷却结晶装置和离心机，用于获得固态硝酸钠产品。
6.根据上述技术方案，优选地，所述预处理单元包括：第一ph调节装置，用于将催化剂废水的ph调节至10-12；混凝沉淀装置，用于回收所述催化剂废水中的悬浮物、cod和重金属；第一过滤装置，设于所述氨回收单元前侧，用于深度除杂，获得含氨的硝酸盐溶液。
7.根据上述技术方案，优选地，所述氨回收单元还包括设于气提脱氨塔前方的第一换热装置，所述汽提脱氨塔排出105℃的脱氨后的硝酸盐溶液用于与第一换热装置进行换
热，并使所述脱氨后的硝酸盐溶液降温至60℃。
8.第二ph调节装置，将料液调节至ph为11-12，料液进入第一换热装置，换热至85℃后，通过泵提升至汽提脱氨塔内。
9.根据上述技术方案，优选地，所述氨水回收装置包括：塔顶冷凝器，所述汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气从塔顶进入塔顶冷凝器，形成低浓度氨水回流至氨水回流罐；氨水回流罐，其中的低浓度氨水回流至汽提脱氨塔的塔顶，与汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气逆流接触，当回收的氨水浓度高于10%时，将回收的氨水排放至氨水储罐；氨水储罐，用于接收并储存所述氨水回收装置排放的浓度高于10%的氨水。
10.根据上述技术方案，优选地，所述硝酸钠精制单元还包括：第二换热装置，用于将所述氨回收单元产生的脱氨后的硝酸盐溶液降温至50℃以下，进入第二过滤装置；第二过滤装置，用于将所述脱氨后的硝酸盐溶液中的金属沉淀浓缩，进入第三ph装置；第三ph装置，加入稀硝酸调节至ph为6-7，再经一级纳滤和二级纳滤，截留硫酸根和氯离子，获得所述精制硝酸钠溶液。
11.根据上述技术方案，优选地，所述二效强制循环蒸发装置包括一效分离室、一效加热室、二效分离室和二效加热室。
12.根据上述技术方案，优选地，所述精制硝酸钠溶液在一效分离室、一效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到5-6%时进入二效分离室；所述精制硝酸钠溶液在二效分离室、二效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到40-60%时进入冷却结晶装置。
13.根据上述技术方案，优选地，所述二效强制循环蒸发装置的前侧设置有第三换热装置，所述第三换热装置用于将所述精制硝酸钠溶液升温至80-85℃后，进入一效分离室。
14.根据上述技术方案，优选地，在二效强制循环蒸发装置中，120℃的生蒸汽被送入所述一效加热室的壳程，并排出105℃以上的二次蒸汽，所述二次蒸汽被送入所述二效加热室的壳程。
15.根据上述技术方案，优选地，所述一效加热室壳程的生蒸汽被冷凝为冷凝水，用于与第三换热装置进行换热后，收集至蒸馏水罐中；所述二效加热室壳程的二次蒸汽冷凝为冷凝水后，收集至蒸馏水罐中。
16.本发明的有益效果是：本发明提供了一种cnts催化剂生产废水资源化处理系统，巧妙的利用混凝沉淀、汽提脱氨、膜技术以及冷却结晶工艺，实现了催化剂废水的中氨、重金属、硝酸钠以及蒸馏水资源化利用，具有较高的应用推广价值。
附图说明
17.图1是本发明的系统连接原理示意图。
18.图2是硝酸钠精制单元的工艺原理示意图。
19.图3是第一板框压滤装置运行原理图。
20.图4是二效强制循环蒸发装置工艺原理示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
22.在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
23.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.如图所示，本发明包括：（1）预处理单元，通过混凝沉淀的方式获得含氨的硝酸盐溶液。
25.预处理单元包括：第一ph调节装置，用于将催化剂废水的ph调节至10-12；混凝沉淀装置，用于回收所述催化剂废水中的悬浮物、cod和重金属；第一过滤装置，设于所述氨回收单元前侧，用于深度除杂，避免脱氨塔填料堵塞，获得含氨的硝酸盐溶液。
26.具体地，催化剂废水含有少量的重金属ni、co、mn、fe、ca、mg等，且含有大量悬浮物和一定含量的cod，通过泵输送到第一ph调节装置，加10%-30%的液碱调节ph至10左右，调碱后的溶液经混凝沉淀去除悬浮物、cod和部分金属离子，上清液进入第一过滤装置深度除杂，得到含氨的硝酸盐溶液。
27.此外，混凝沉淀装置向外连接重金属回收单元，用于回收钴和铁等金属滤渣，重金属回收单元主要包括第一板框压滤装置，其来水分别是混凝沉淀装置的泥渣、第二过滤装置的浓水和反洗水，第二过滤装置排放口通过管道与混凝沉淀装置的排泥口连接，将第二过滤装置的浓水和反洗水与混凝沉淀的泥渣混合，进入到第一板框压滤装置，回收钙、镁、钴、铁、锰等重金属。
28.（2）氨回收单元，包括第一换热装置、第二ph调节装置、汽提脱氨塔和氨水回收装置。汽提脱氨塔用于获得脱氨后的硝酸盐溶液，所述氨水回收装置用于冷凝汽提脱氨塔产生的氨水。
29.本例中优选采用汽提脱氨塔排出105℃的脱氨后的硝酸盐溶液用于与第一换热装置进行换热，并使所述脱氨后的硝酸盐溶液降温至60℃。
30.其中，氨水回收装置包括：塔顶冷凝器，所述汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气从塔顶进入塔顶冷凝器，形成低浓度氨水回流至氨水回流罐；氨水回流罐，其中的低浓度氨水回流至汽提脱氨塔的塔顶，与汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气逆流接触，当回收的氨水浓度高于10%时，将回收的氨水排放至氨水储罐；氨水储罐，用于接收并储存所述氨水回收装置排放的浓度高于10%的氨水。
31.具体地，含氨硝酸盐溶液先在第二ph调节装置，加10%-30%的液碱调节ph至11-12，
经脱氨进料泵输送至第一换热装置与塔釜出水（105℃，脱氨后的硝酸盐溶液）进行换热，含氨硝酸盐溶液被加热至85℃后进入汽提脱氨塔内，汽提蒸氨塔常压运行，在汽提脱氨塔汽提段内，含氨废水自上而下运动，与来自塔底的生蒸汽进行逆流直接接触，料液中的氨被脱除，在塔釜底部得到氨含量低于10mg/l的脱氨后的硝酸盐溶液（105℃）与进料进行换热后（0.3mpa，60℃）排出系统，进入塔釜出水罐。塔内形成的氨气和水蒸汽塔顶进入塔顶冷凝器，氨和水蒸汽被循环水冷凝为氨水（0.2mpa，60℃）在塔顶回流，与塔顶的氨气和水蒸气逆流接触，当氨水浓度达到10%排出系统至氨水储罐，回用。
32.（3）硝酸钠精制单元，包括第二换热装置、第二过滤装置、第三ph装置、一级纳滤和二级纳滤。其中第二换热装置用于将所述氨回收单元产生的脱氨后的硝酸盐溶液降温至50℃以下，进入第二过滤装置；第二过滤装置用于将所述脱氨后的硝酸盐溶液中的金属沉淀浓缩，进入第三ph装置；第三ph装置用于通过加入稀硝酸调节至ph为6-7，再经一级纳滤和二级纳滤，截留硫酸根和氯离子，精制所述脱氨后的硝酸盐溶液，获得所述精制硝酸钠溶液。
33.本例中第一过滤装置和第二过滤装置均采用耐碱的陶瓷膜或ptfe膜，可耐受50℃左右的料液，可直接过滤含金属沉淀的强碱性溶液，预防结垢和断丝，耐化学清洗。
34.ph大于11的脱氨后的硝酸盐溶液,经泵输送进入第二过滤装置和第一板框压滤装置，回收钴和铁等金属滤渣，滤过液进入硝酸钠精制单元。经第二ph调节装置，加入稀硝酸调节至ph为6-7，调酸后的硝酸盐溶液进入第二过滤装置，去除微细杂质后，滤过液进入两级纳滤，脱除硫酸根、氯离子和微量的重金属，一级纳滤的产水进入蒸发进水罐，一级纳滤的浓水进入二级纳滤继续精制，二级纳滤产水进入蒸发进水罐，二级纳滤的浓水不具备回收价值，进入滚筒干燥箱得固形物处置。
35.传统硝酸钠精制系统采用多级换热配合闪蒸和冷却结晶，即通过不同盐溶液的沸点升来实现精制硝酸钠盐，金属离子和有机物等杂质无法去除，硫酸钠和氯化钠存在，在结晶过程易被硝酸钠晶体包藏，且很难在结晶后的洗过程去除。本发明采用纳滤膜可以一步实现硝酸钠溶液精制，能够有效截流截留溶液中硫酸根、氯离子，既避免了结晶过程中硝酸钠晶体包藏杂质，提高硝酸钠溶液的纯度，也可减少硝酸钠结晶淘洗工艺，直接一步制成优质的硝酸钠产品。
36.（4）蒸发单元，包括二效强制循环蒸发装置、冷却结晶装置和离心机，用于获得固态硝酸钠产品。
37.其中，二效强制循环蒸发装置包括一效分离室、一效加热室、二效分离室和二效加热室。精制硝酸钠溶液在一效分离室、一效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到5-6%时进入二效分离室；所述精制硝酸钠溶液在二效分离室、二效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到40-60%时进入冷却结晶装置。此外，在二效强制循环蒸发装置的前侧设置有第三换热装置，所述第三换热装置用于将所述精制硝酸钠溶液升温至80-85℃后，进入一效分离室。本例中采用两效强制循环，提高蒸汽的利用率，同时实现温度缓慢降低，控制结晶晶粒，避免了温度骤降，硝酸钠结晶的晶粒晶型不可控。
38.具体地，精制后的硝酸钠溶液（40℃）经蒸发进料泵送入第三换热装置与一效加热室蒸发产生的蒸馏水进行换热，被加热至85℃进入一效分离室，进入一效分离室的硝酸钠溶液在一效分离室沸腾汽化，由一效循环泵自下而上打入一效加热室的管程，自下向上流
动，被壳程生蒸汽（120℃，0.1mpa）加热后，高温料液再进入一效分离室后在分离室沸腾汽化，气液分离，硝酸钠溶液在一效分离室和一效蒸发室循环蒸发。经一效分离室浓缩后的硝酸钠溶液（102℃，5.5%）经由一效转料泵送入二效分离室，该流量由二效分离室液位变化控制一效进料调节阀门开度，从而控制二效强制循环蒸发器的进料流量，浓缩后的硝酸钠溶液在二效分离室和二效蒸发是循环、加热闪蒸，料液循环步骤一致，其中二效分离室是负压真空操作，最终得到硝酸钠浓缩液（67℃，55%）经由出料泵送至结晶冷却装置，上部清液溢流至母液罐。
39.经二效强制循环蒸发装置后的浓缩液由出料泵送至冷却结晶装置，晶浆在冷却结晶装置中用循环冷却水进行降温处理，进一步沉降，固液分离，上层清液（40℃，50%）从冷却结晶装置的溢流口自流至母液罐，下层经过增稠的晶浆经冷却结晶装置的出料口排出至离心机，同时离心过程中产生的离心母液（30-40℃，50%）亦排出至母液罐，离心后硝酸钠产品去干燥包装。
40.此外，氨回收单元产出的脱氨后的硝酸盐溶液为60℃，第二换热装置需要将60℃的脱氨后的硝酸盐溶液降温至50℃以下，本例中优选采用冷却结晶装置中产生的40℃母液，用于与第二换热装置进行换热，巧妙的采用离心母液参与第二换热装置换热过程，使塔釜液温度降低至50℃左右，满足进入硝酸钠精制单元中纳滤装置的要求。
41.同时，在二效强制循环蒸发装置中，120℃的生蒸汽被送入一效加热室的壳程，并排出105℃以上的二次蒸汽，所述二次蒸汽被送入所述二效加热室的壳程。本例中采用并流二效强制循环蒸发装置，仅在压力最高的一效加热室加入生蒸汽，一效分离室产生的二次蒸汽作为二效加热室的蒸汽，且二效分离室在真空下操作，减少生蒸汽的消耗，且低温出料，满足硝酸钠冷却结晶的进料要求，产品的纯度高、收率高、效率高。此外，一效加热室壳程的生蒸汽被冷凝为冷凝水，用于与第三换热装置进行换热后，收集至蒸馏水罐中；二效加热室壳程的二次蒸汽冷凝为冷凝水后，收集至蒸馏水罐中。其中蒸馏水纯化单元包括依次连接的蒸馏水罐和反渗透装置，纯化单元采用一级反渗透膜将蒸馏水罐的蒸馏水纯化浓缩，反渗透产水回用，反渗透浓水进入厂区污水系统。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种催化剂废水处理系统，其特征在于，包括：预处理单元，通过混凝沉淀的方式获得含氨的硝酸盐溶液；氨回收单元，包括汽提脱氨塔和氨水回收装置，所述汽提脱氨塔用于获得脱氨后的硝酸盐溶液，所述氨水回收装置用于冷凝汽提脱氨塔产生的氨水；硝酸钠精制单元，包括一级纳滤和二级纳滤，用于精制所述脱氨后的硝酸盐溶液，获得精制硝酸钠溶液；蒸发单元，包括二效强制循环蒸发装置、冷却结晶装置和离心机，用于获得固态硝酸钠产品。2.根据权利要求1所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述预处理单元包括：第一ph调节装置，用于将催化剂废水的ph调节至10-12；混凝沉淀装置，用于回收所述催化剂废水中的悬浮物、cod和重金属；第一过滤装置，设于所述氨回收单元前侧，用于深度除杂，获得含氨的硝酸盐溶液。3.根据权利要求1所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述氨回收单元还包括设于气提脱氨塔前方的第一换热装置，所述汽提脱氨塔排出105℃的脱氨后的硝酸盐溶液用于与第一换热装置进行换热，并使所述脱氨后的硝酸盐溶液降温至60℃。4.根据权利要求1或3所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述氨水回收装置包括：塔顶冷凝器，所述汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气从塔顶进入塔顶冷凝器，形成低浓度氨水回流至氨水回流罐；氨水回流罐，其中的低浓度氨水回流至汽提脱氨塔的塔顶，与汽提脱氨塔内形成的氨气和水蒸气逆流接触，当回收的氨水浓度高于10%时，将回收的氨水排放至氨水储罐；氨水储罐，用于接收并储存所述氨水回收装置排放的浓度高于10%的氨水。5.根据权利要求1所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述硝酸钠精制单元还包括：第二换热装置，用于将所述氨回收单元产生的脱氨后的硝酸盐溶液降温至50℃以下，进入第二过滤装置；第二过滤装置，用于将所述脱氨后的硝酸盐溶液中的金属沉淀浓缩，进入第三ph装置；第三ph装置，加入稀硝酸调节至ph为6-7，再经一级纳滤和二级纳滤，截留硫酸根和氯离子，获得所述精制硝酸钠溶液。6.根据权利要求1或5所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述二效强制循环蒸发装置包括一效分离室、一效加热室、二效分离室和二效加热室。7.根据权利要求6所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述精制硝酸钠溶液在一效分离室、一效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到5-6%时进入二效分离室；所述精制硝酸钠溶液在二效分离室、二效加热室之间循环、蒸发、浓缩，直至硝酸钠浓度达到40-60%时进入冷却结晶装置。8.根据权利要求6所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述二效强制循环蒸发装置的前侧设置有第三换热装置，所述第三换热装置用于将所述精制硝酸钠溶液升温至80-85℃后，进入一效分离室。9.根据权利要求8所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，在二效强制循环蒸发装
置中，120℃的生蒸汽被送入所述一效加热室的壳程，并排出105℃以上的二次蒸汽，所述二次蒸汽被送入所述二效加热室的壳程。10.根据权利要求9所述一种催化剂废水处理系统，其特征在于，所述一效加热室壳程的生蒸汽被冷凝为冷凝水，用于与第三换热装置进行换热后，收集至蒸馏水罐中；所述二效加热室壳程的二次蒸汽冷凝为冷凝水后，收集至蒸馏水罐中。

技术总结
本发明涉及一种催化剂废水处理系统，包括：预处理单元，通过混凝沉淀的方式获得含氨的硝酸盐溶液；氨回收单元，包括汽提脱氨塔和氨水回收装置，汽提脱氨塔用于获得脱氨后的硝酸盐溶液，氨水回收装置用于冷凝汽提脱氨塔产生的氨水；硝酸钠精制单元，包括一级纳滤和二级纳滤，用于精制脱氨后的硝酸盐溶液；蒸发单元，包括二效强制循环蒸发装置、冷却结晶装置和离心机，用于获得固态硝酸钠产品。本发明巧妙的利用混凝沉淀、汽提脱氨、膜技术以及冷却结晶工艺，实现了催化剂废水的中氨、重金属、硝酸钠以及蒸馏水资源化利用，具有较高的应用推广价值。广价值。广价值。


技术研发人员：路娜 尹延梅
受保护的技术使用者：世韩（天津）节能环保科技有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/7/25