反滲透—納濾組合與MVR技術結合提純工業(yè)鹽工藝研究

鄒元新,鄧 強,項 拓,彭小清

(江西晶昊鹽化有限公司,江西 宜春 331200)

1 前言

目前伴隨著制鹽行業(yè)的發(fā)展與進步,給環(huán)境帶來了較大的壓力,高污染、高能耗也經常被社會所報道出來。由于目前國家現階段節(jié)能減排政策的實施,節(jié)能減排工藝也越來越被更多企業(yè)所關注。針對傳統的制鹽工藝,近年來MVR蒸發(fā)制鹽技術也以其能耗小、蒸汽可循環(huán)利用以及工藝簡單等諸多優(yōu)點受到許多企業(yè)的關注,并進行推廣運用。

2 技術原理

2.1 反滲透分離原理

反滲透是一種能截留大于0.000 1 μm物質,現階段非常成熟的膜法液體分離技術,對所有溶解鹽和分子量大于100的有機物質都能有效截留,對高離子和復雜單價離子的脫鹽率可超過99%[1]。并且允許水分子完全通過,并不會對其造成阻礙,是一種較為精細的膜分離產品,其滲透原理見圖1。反滲透法對環(huán)境和工人的危害較小,與傳統的離子交換法相比,在交換的過程中并不需要消耗大量的化學物質。同時,該方法還具有脫鹽效率高、出水量大、能源消耗少等特點[2]。因此,對于我國的食鹽生產過程中存在著大量的脫鹽現象,利用反滲透技術來制備制鹽溶解用水,可極大程度地降低鹵水中雜質的含量,提高鹵水品質。

圖1 反滲透原理Fig.1 Reverse osmosis principle

2.2 納濾分離原理

納濾是目前市面上的一種膜分離的技術,它介于超濾和反滲透之間[3],膜分離特性見圖2。對于相對分子較小的物質,例如無機鹽或葡萄糖、蔗糖等都能從膜中進行完全透過。納濾膜的孔徑只有幾納米,因此它對于水中分子量大于200的各種物質都能進行攔截,防止其透過[4]。此外,納濾膜還能對工業(yè)鹽中的色素和不溶性固體進行更好的截留,如總溶解性固體、有機質、色度等多項指標進行更好的去除。并且納濾膜在耐污染的高溫和酸、堿等苛刻條件下也能正常運轉;操作壓力小,高膜通量,裝置操作成本低。

圖2 膜分離特性圖Fig.2 Membrane separation characteristic

納濾膜是對離子起靜電作用的荷電膜,對不同價態(tài)的離子截留能力不同的濾膜,其受膜和離子間的道南效應的影響,其表現形式是[5-6]:

對于陽離子而言,截留率為Mg2+>Ga2+>Na+>H+。

3 工藝流程

3.1 原水的制備

該項目采用一套中試裝置,利用三只膜元件進行反滲透(RO)產水。濃液在操作過程中有多個區(qū)段被逐級處理,見圖3。原水箱儲存的自來水經過RO原水泵的抽取流經保安過濾器,其中包含濾布、濾網、微孔濾芯以及多功能濾芯等,可以對水中的雜質進行層層過濾,最大程度地處理掉水中的大顆粒雜質,溶解性固體,防止其進入到反滲透膜中,對膜造成堵塞以及劃破,影響膜元件對水的處理能力。再利用RO高壓泵把水抽打入到反滲透系統中,在壓力以及反滲透膜的作用下去除掉水中分子量大于100的物質以及溶解性鹽,并允許水分子透過。并且一號和二號膜元件產生的濃水相應進入二號和三號膜元件進行多次滲透,既充分利用水資源,同時也減少了濃液的產生。水資源利用率的提高也使得濃液處理量下降,成本開支得到了進一步降低。

圖3 反滲透流程圖Fig.3 Reverse osmosis flowchart

對自來水以及反滲透后的用水進行ICP-MS等檢測分析,見表1,過濾后的自來水各類雜質以及離子的含量都有了顯著地下降,對于水中的溶解性固體的去除率更是達到99%以上,有效地保證了原水的品質上的合格。

表1 水質檢測報告Tab.1 Water quality test report

3.2 鹵水的提純

因工業(yè)鹽中含有部分鈣、鎂離子以及硫酸根離子,并且產品本身偏黃或者灰白色,遠達不到對其鹵水品質的要求。因此在進行蒸發(fā)結晶前還需對其進行進一步的過濾,去除其中的鈣、鎂離子以及硫酸根離子等。

對此,采用納濾裝置進行過濾,見圖4。通過保安過濾器將溶解后的鹵水用原水泵進行過濾,先將工業(yè)鹽中不溶雜質去除。再經高壓泵將過濾后的鹵水放入裝有納濾膜原件的管道中,充分利用膜的分離特性,將鹵水中的高價離子、色度、異味等截留下來,不影響鈉離子、氯離子和水分子的通過,進一步提高了鹵水的純凈度。

圖4 納濾過濾流程圖Fig.4 Nanofiltration flowchart

表2 鹵水質檢測報告Tab.2 Halogen water quality test report

3.3 食鹽的制備

對于預處理過后的鹵水在品質上完全滿足MVR制鹽系統的要求,因此對鹵水的蒸發(fā)結晶采用目前較為先進的MVR制鹽系統[7],見圖5。

圖5 MVR制鹽系統Fig.5 MVR salt production system

系統啟動階段,先向管道中通入新鮮的外來蒸汽,對物料進行初步的加熱。啟動水環(huán)式真空泵,抽取MVR系統中的空氣以及不凝汽,使系統維持真空狀態(tài),降低物料沸騰蒸發(fā)溫度,快速產生二次蒸汽。

過濾后的鹵水進入原料儲物罐內,在進料泵的作用下將鹵水打入到預熱器進行第一次的熱交換,再由循環(huán)管路進入到蒸發(fā)結晶系統。物料在循環(huán)泵的作用下反復與管式過熱器進行熱交換,在蒸發(fā)結晶器里進行沸騰結晶。對于結晶所產生的二次蒸汽再由空氣壓縮機進行壓縮,使二次蒸汽成為過熱蒸汽,消除過熱度后再次形成飽和蒸汽,并經由管線重新輸送到管式過熱器的殼層中作為熱源對物料進行加熱。對于結晶蒸發(fā)階段,結晶器下部的高溶度漿液進入增稠器進行進一步的增稠處理,上部的稀溶液通過溢流口溢流進入母液罐,在母液泵的作用下再次打回進入循環(huán)系統中。下部增稠后的漿液直接進入離心機進行脫水處理,生成結晶鹽。

4 結論與展望

經過反滲透以及納濾工藝處理后的鹵水再經由MVR蒸發(fā)結晶系統制備的食鹽在純度上NaCl含量能達到99.99%以上,白度以及粒度也遠高于國家一級食用鹽標準。相對于傳統的鹵水凈化,反滲透—納濾裝置對于鹵水的處理能力更強,對環(huán)境造成的影響也更小。且MVR技術作為現在較為先進的節(jié)能減排技術,在工藝方面大大提升了能源的利用率,減少了系統對于外界能源的需求,起到了一個明顯的節(jié)能減排作用,對環(huán)境起到了一個很好的保護作用。該套裝置全程通過系統進行自動控制,使得操作以及控制更加的簡單,大幅度地降低人工成本,并提高生產效率。