公布日：2022.03.18
申請日：2021.12.31
分類號：C02F9/10(2006.01)I;C02F1/02(2006.01)I;C02F1/04(2006.01)I;C02F1/06(2006.01)I;C02F1/08(2006.01)I;C02F1/00(2006.01)I;
C01B25/28(2006.01)I;C01C1/24(2006.01)I;C02F103/34(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)及處理方法。該磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)包括依次連接的預熱單元、降膜蒸發(fā)單元、強制循環(huán)結(jié)晶單元和閃蒸結(jié)晶單元；強制循環(huán)結(jié)晶單元包括依次連接的強制循環(huán)加熱器和強制循環(huán)結(jié)晶器；強制循環(huán)結(jié)晶器殼體的側(cè)壁由上至下設有母液溢流口、循環(huán)進料口和循環(huán)出料口，循環(huán)出料口位于底端；從循環(huán)進料口處向殼體的內(nèi)腔嵌套設有循環(huán)進料管；循環(huán)進料管的出口端設于母液溢流口的上方；閃蒸結(jié)晶單元包括閃蒸結(jié)晶器，閃蒸結(jié)晶器的進料口與母液溢流口相連。本發(fā)明利用該廢水處理系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出純度較高的硫酸銨和磷酸一銨，分出的硫酸銨與磷酸一銨作為工業(yè)氮肥與復合肥的原料。
權(quán)利要求書
1.一種磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，其包括依次連接的預熱單元、降膜蒸發(fā)單元、強制循環(huán)結(jié)晶單元和閃蒸結(jié)晶單元；所述強制循環(huán)結(jié)晶單元包括依次連接的強制循環(huán)加熱器和強制循環(huán)結(jié)晶器；所述強制循環(huán)結(jié)晶器包括殼體，所述殼體的側(cè)壁由上至下設有母液溢流口、循環(huán)進料口和循環(huán)出料口，所述循環(huán)出料口位于所述殼體的底端；從所述循環(huán)進料口處向所述殼體的內(nèi)腔嵌套設有循環(huán)進料管；所述循環(huán)進料管的出口端設于所述母液溢流口的上方；所述閃蒸結(jié)晶單元包括閃蒸結(jié)晶器，所述閃蒸結(jié)晶器的進料口與所述母液溢流口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體包括上殼體和下殼體，所述上殼體和所述下殼體嵌套連接，所述上殼體的直徑小于所述下殼體的直徑；所述上殼體的底端位于所述母液溢流口的下方且與所述下殼體的內(nèi)腔壁面之間留有間距；和/或，所述預熱單元包括依次連接的冷凝水預熱器、尾氣預熱器和蒸汽預熱器，所述冷凝水預熱器的熱流體通道與所述降膜蒸發(fā)單元的冷凝水出口和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的冷凝水出口連通；所述尾氣預熱器的熱流體通道與所述降膜蒸發(fā)單元的尾氣出口和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的尾氣出口連通；所述蒸汽預熱器的熱流體通道與所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)的各蒸汽出口連通；用于預熱待處理的磷酸鐵廢水；和/或，所述降膜蒸發(fā)單元包括依次連接的降膜加熱器和降膜分離器。
3.如權(quán)利要求2所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述降膜加熱器上還設有兩個降膜循環(huán)管路，每一所述降膜循環(huán)管路上設有降膜循環(huán)泵。
4.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述閃蒸結(jié)晶器的進料口和所述母液溢流口相連的管路上設有緩存中儲物料罐；所述閃蒸結(jié)晶單元還包括閃蒸循環(huán)管路，連接所述閃蒸結(jié)晶器的進料口和所述閃蒸結(jié)晶器的出料口，所述閃蒸循環(huán)管路上設有閃蒸循環(huán)泵。
5.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括第一固液分離單元，所述第一固液分離單元包括依次連接的第一稠厚器和第一離心機；所述第一稠厚器通過管道與所述循環(huán)出料口連接，所述管道上設有出料泵；所述第一離心機上設有硫酸銨出料口和第一母液出料口；所述第一母液出料口通過第一母液泵與所述的強制循環(huán)結(jié)晶器回流連接；和/或，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括第二固液分離單元，所述第二固液分離單元包括依次連接的第二稠厚器和第二離心機；所述第二稠厚器通過管道與所述閃蒸結(jié)晶器的出料口連接，所述管道上設有出料泵；所述第二離心機上設有磷酸一銨出料口和第二母液出料口；所述第二母液出料口通過第二母液泵與所述的強制循環(huán)結(jié)晶器回流連接。
6.如權(quán)利要求2所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括洗汽單元，所述洗汽單元包括依次連接的洗汽塔、第一MVR壓縮機和第二MVR壓縮機；所述洗汽塔上設有二次蒸汽入口；所述二次蒸汽入口分別與所述強制循環(huán)結(jié)晶器的頂端的二次蒸汽出口和所述降膜分離器的頂端的二次蒸汽出口相連。
7.一種磷酸鐵廢水處理方法，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1～6中任一項所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)進行處理；其包括以下步驟：將待處理的磷酸鐵廢水依次通入所述預熱單元、所述降膜蒸發(fā)單元和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元；當進入所述循環(huán)進料口的磷酸鐵廢水中的磷酸根離子的質(zhì)量濃度為20～25％時，開啟所述母液溢流口的閥門使得所述磷酸鐵廢水進入所述閃蒸結(jié)晶單元。
8.如權(quán)利要求7所述的磷酸鐵廢水處理方法，其特征在于，當進入所述循環(huán)進料口的磷酸鐵廢水中的磷酸根離子的質(zhì)量濃度為22～24％，例如23％時，開啟所述母液溢流口的閥門使得所述磷酸鐵廢水進入所述閃蒸結(jié)晶單元；和/或，所述待處理的磷酸鐵廢水包括以下成分：NH4+：40700～50000mg/L；PO43 ：16000～19600mg/L和SO42 ：98300～120000mg/L；其中，所述NH4+的濃度較佳地為43000～47000mg/L，例如45251mg/L；其中，所述PO43 的濃度較佳地為16900～18700mg/L，例如17844mg/L；其中，所述SO42 的濃度較佳地為104000～115000mg/L，例如109329mg/L；和/或，所述待處理的磷酸鐵廢水中TDS的濃度為155500～19000mg/L，例如172800mg/L；和/或，所述待處理的磷酸鐵廢水中還包括F 、Mg2+、Ca2+中的一種或多種；其中，所述F 的濃度較佳地為140～170mg/L；其中，所述Mg2+的濃度較佳地為1～2mg/L；其中，所述Ca2+的濃度較佳地為1～2mg/L。
9.如權(quán)利要求7或8所述的磷酸鐵廢水處理方法，其特征在于，所述待處理的磷酸鐵廢水的pH值為4.5～5.5，例如5；和/或，所述待處理的磷酸鐵廢水中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度為10～20％，例如16％；和/或，所述待處理的磷酸鐵廢水的溫度為10～40℃，例如35℃；和/或，所述預熱單元為將所述待處理的磷酸鐵廢水預熱至沸點；其中，所述待處理的磷酸鐵廢水的沸點較佳地為88～100℃，例如91℃或93℃；和/或，所述降膜蒸發(fā)單元為將預熱后的磷酸鐵廢水中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度提高至40～45％，例如41％、42％或43％。
10.如權(quán)利要求7所述的磷酸鐵廢水處理方法，其特征在于，所述待處理的磷酸鐵廢水包括：NH4+：45251mg/L；PO43 ：17844mg/L；SO42 ：109329mg/L；且所述待處理的磷酸鐵廢水中，TDS為172800mg/L；所述待處理的磷酸鐵廢水的pH值為5。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是為了克服現(xiàn)有技術中存在的無法有效處理磷酸鐵廢水的缺陷，而提供了一種磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)及處理方法。本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)能夠?qū)⒘姿徼F廢水進行資源化利用，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出純度較高的結(jié)晶鹽硫酸銨以及磷酸一銨。
本發(fā)明主要是通過下述技術方案解決以上技術問題的。
本發(fā)明提供了一種磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)，其包括依次連接的預熱單元、降膜蒸發(fā)單元、強制循環(huán)結(jié)晶單元和閃蒸結(jié)晶單元；
所述強制循環(huán)結(jié)晶單元包括依次連接的強制循環(huán)加熱器和強制循環(huán)結(jié)晶器；
所述強制循環(huán)結(jié)晶器包括殼體，所述殼體的側(cè)壁由上至下設有母液溢流口、循環(huán)進料口和循環(huán)出料口，所述循環(huán)出料口位于所述殼體的底端；
從所述循環(huán)進料口處向所述殼體的內(nèi)腔嵌套設有循環(huán)進料管；
所述循環(huán)進料管的出口端設于所述母液溢流口的上方；
所述閃蒸結(jié)晶單元包括閃蒸結(jié)晶器，所述閃蒸結(jié)晶器的進料口與所述母液溢流口相連。
本發(fā)明中，較佳地，所述殼體包括上殼體和下殼體，所述上殼體和所述下殼體嵌套連接，所述上殼體的直徑小于所述下殼體的直徑；所述上殼體的底端位于所述母液溢流口的下方且與所述下殼體的內(nèi)腔壁面之間留有間距。
其中，在料液從所述循環(huán)進料口進入殼體的內(nèi)腔的過程中，料液中也在不斷形成硫酸銨結(jié)晶鹽。所述上殼體和所述下殼體的嵌套連接設置，使得上殼體嵌套至所述下殼體的區(qū)域可防止從所述循環(huán)進料管的出口端進入的料液中形成的硫酸銨顆粒進入所述母液溢流口，以使得在所述閃蒸結(jié)晶單元結(jié)晶出的磷酸一銨的純度較高。當從所述循環(huán)進料管的出口端進入所述殼體的內(nèi)腔時的料液中磷酸根離子的質(zhì)量濃度達到20～25％時，開啟所述母液溢流口的閥門，殼體內(nèi)腔中的料液則從所述上殼體的底端與所述下殼體的內(nèi)腔壁面之間的間隙流向所述母液溢流口。
本發(fā)明中，較佳地，所述強制循環(huán)加熱器上設有所述強制循環(huán)管路，所述強制循環(huán)管路上設有強制循環(huán)泵，用于將進入所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的料液打入強制循環(huán)加熱器中。
本發(fā)明中，較佳地，所述預熱單元包括依次連接的冷凝水預熱器、尾氣預熱器和蒸汽預熱器，所述冷凝水預熱器的熱流體通道與所述降膜蒸發(fā)單元的冷凝水出口和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的冷凝水出口連通；所述尾氣預熱器的熱流體通道與所述降膜蒸發(fā)單元的尾氣出口和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的尾氣出口連通；所述蒸汽預熱器的熱流體通道與所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)的各蒸汽出口連通；用于預熱待處理的磷酸鐵廢水。
較佳地，所述冷凝水預熱器用于將待處理的磷酸鐵廢水預熱至設定溫度，例如85℃；所述冷凝水預熱器在預熱磷酸鐵廢水的同時，最大程度降低冷凝水出水溫度，方便冷凝水回用生產(chǎn)。
較佳地，所述尾氣預熱器用于將待處理的磷酸鐵廢水進一步預熱至設定溫度，例如88℃；所述尾氣預熱器用于回收所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的余熱，進而降低能耗損失。
較佳地，所述蒸汽預熱器用于將待處理的磷酸提廢水進一步預熱至沸點；所述蒸汽預熱器與所述降膜蒸發(fā)單元相連，能夠保證磷酸鐵廢水達到沸點進料，提高所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)到穩(wěn)定性的同時，最大化保證降膜處理能力。
本發(fā)明中，較佳地，降膜蒸發(fā)單元包括依次連接的降膜加熱器和降膜分離器；所述降膜加熱器上還設有兩個降膜循環(huán)管路，每一所述降膜循環(huán)管路上設有一降膜循環(huán)泵。其中，降膜加熱器用于將預熱后的磷酸鐵廢水進一步加熱提濃，同時通過兩個降膜循環(huán)泵設置高濃度段和低濃度段以實現(xiàn)兩種濃度的在線切換，保證進入降膜循環(huán)加熱器的磷酸鐵廢水達到沸點。所述降膜分離器用于汽液分離，蒸汽則通過降膜分離器上的二次蒸汽出口排出并進入洗汽單元，液體則回流至所述降膜加熱器。
本發(fā)明中，較佳地，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括第一固液分離單元，所述第一固液分離單元包括依次連接的第一稠厚器和第一離心機；所述第一稠厚器通過管道與所述循環(huán)出料口連接，所述管道上設有出料泵；所述第一離心機上設有硫酸銨出料口和第一母液出料口；所述第一母液出料口通過第一母液泵與所述的強制循環(huán)結(jié)晶器回流連接。所述的第一固液分離單元將從所述循環(huán)出料口送出的料液經(jīng)稠厚器稠厚分離出的濃稠料液進入第一離心機，清液則進入第一母液罐，第一離心機將濃稠的料液分離為硫酸銨固體和母液，硫酸銨固體則進入硫酸銨包裝系統(tǒng)進行干燥，母液則進入第一母液罐再回流至強制循環(huán)結(jié)晶單元中進一步提濃并結(jié)晶。
本發(fā)明中，較佳地，所述閃蒸結(jié)晶單元的進料口和所述母液溢流口相連的管路上設有緩存中儲物料罐。
本發(fā)明中，較佳地，所述閃蒸結(jié)晶單元還包括閃蒸循環(huán)管路，連接所述閃蒸結(jié)晶器的進料口和所述閃蒸結(jié)晶器的出料口，所述閃蒸循環(huán)管路上設有閃蒸循環(huán)泵。本發(fā)明中，所述的閃蒸結(jié)晶器優(yōu)選為連續(xù)式閃蒸結(jié)晶器，通過與所述強制循環(huán)結(jié)晶器相連的結(jié)構(gòu)，并配合所述的緩存中儲物料罐，能夠連續(xù)不斷的進行閃蒸結(jié)晶。
本發(fā)明中，較佳地，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括第二固液分離單元，所述第二固液分離單元包括依次連接的第二稠厚器和第二離心機；所述第二稠厚器通過管道與所述閃蒸結(jié)晶器的出料口連接，所述管道上設有出料泵；所述第二離心機上設有磷酸一銨出料口和第二母液出料口；所述第二母液出料口通過第二母液泵與所述的強制循環(huán)結(jié)晶器回流連接。所述的第二固液分離單元將從所述閃蒸結(jié)晶單元的出料口送出的料液經(jīng)所述第二稠厚器稠厚分離出的濃稠料液進入第二離心機，清液則進入第二母液罐，第二離心機將濃稠的料液分離為磷酸一銨固體和母液，磷酸一銨固體則進入磷酸一銨包裝系統(tǒng)進行干燥，母液則進入第二母液罐再回流至強制循環(huán)結(jié)晶單元中進一步提濃并結(jié)晶。
本發(fā)明中，較佳地，所述磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)還包括洗汽單元，所述洗汽單元包括依次連接的洗汽塔、第一MVR壓縮機和第二MVR壓縮機；所述洗汽塔上設有二次蒸汽入口；所述二次蒸汽入口分別與所述強制循環(huán)結(jié)晶器的頂端的二次蒸汽出口和所述降膜分離器的頂端的二次蒸汽出口相連。所述第二MVR壓縮機上設有第一蒸汽出口，所述第一蒸汽出口分別與所述降膜加熱器的第一蒸汽入口和所述強制循環(huán)加熱器的第一蒸汽入口相連，用于將洗汽單元洗汽后的蒸汽回用至所述降膜加熱器和所述強制循環(huán)加熱器。
本發(fā)明中，所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)較佳地還包括檢測單元包括溫度檢測單元和離子濃度檢測單元，用于檢測所述磷酸鐵廢水中各單元的料液溫度以及料液中離子的濃度實現(xiàn)精確的控制料液進出溫度以及進出濃度。
本發(fā)明還提供了一種磷酸鐵廢水處理方法，其采用所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng)進程處理；其包括以下步驟：
將待處理的磷酸鐵廢水依次通入所述預熱單元、所述降膜蒸發(fā)單元和所述強制循環(huán)結(jié)晶單元；
當進入所述循環(huán)進料口的磷酸鐵廢水中的磷酸根離子的質(zhì)量濃度為20～25％時，開啟所述母液溢流口處的閥門即可。
本發(fā)明必須要嚴格控制進入閃蒸結(jié)晶單元的母液中磷酸根離子的濃度；否則會嚴重影響磷酸一銨產(chǎn)品純度。料液中磷酸根離子的濃度過低會導致磷酸一銨的結(jié)晶鹽的純度大大降低，若過高，會導致部分磷酸鹽進入硫酸銨的結(jié)晶產(chǎn)品中，影響硫酸銨的純度。
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水可為本領域常規(guī)的磷酸鐵生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的洗液和母液。
本發(fā)明中，進入所述強制循環(huán)結(jié)晶器的內(nèi)腔中的料液的液面可在所述循環(huán)出料管的上方，所述料液所在的區(qū)域即為結(jié)晶區(qū)。本領域技術人員知曉，從所述循環(huán)進料管的出口端進入的料液的沖力較大，雖然所述殼體的內(nèi)腔中料液的高度高于所述循環(huán)進料管的出口端，由于沖力的作用料液不會從所述循環(huán)進料管的出口端流出。
本發(fā)明中，較佳地當進入所述循環(huán)進料口的磷酸鐵廢水中的磷酸根離子的質(zhì)量濃度為22～24％時，開啟所述母液溢流口處的閥門。
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水較佳地包括以下成分：NH4+：40700～50000mg/L；PO43 ：16000～19600mg/L和SO42 ：98300～120000mg/L。
其中，所述NH4+的濃度較佳地為43000～47000mg/L，例如45251mg/L。
其中，所述PO43 的濃度較佳地為16900～18700mg/L，例如17844mg/L。
其中，所述SO42 的濃度較佳地為104000～115000mg/L，例如109329mg/
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水中TDS為155500～19000mg/L，例如172800mg/L。所述的TDS可為本領域常規(guī)理解的含義，一般是指溶解性固體。
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水中還可包括微量的其他離子，例如包括F 、Mg2+、Ca2+中的一種或多種。
其中，所述F 的濃度較佳地為140～170mg/L。
其中，所述Mg2+的濃度較佳地為1～2mg/L。
其中，所述Ca2+的濃度較佳地為1～2mg/L。
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水的溫度一般為10～40℃，例如35℃。
本發(fā)明一具體實施例中，所述待處理的磷酸鐵廢水包括NH4+：45251mg/L；PO43 ：17844mg/L；SO42 ：109329mg/L；且所述待處理的磷酸鐵廢水中，TDS為172800mg/L；所述待處理的磷酸鐵廢水的pH值為5。
本發(fā)明中，所述待處理的磷酸鐵廢水中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度較佳地為10～20％，例如16％，百分比為溶質(zhì)的質(zhì)量與所述待處理的磷酸鐵廢水的總質(zhì)量的百分比。
本發(fā)明中，所述提濃后，輸送至所述強制循環(huán)結(jié)晶單元的磷酸鐵廢水的質(zhì)量濃度較佳地為40～45％，例如42％。在進行所述的處理方法時，提濃的濃度在41～43％的范圍內(nèi)是運行最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)點，若過高所述的廢水處理系統(tǒng)存在風險，若過低，系統(tǒng)能耗變大，投資變大。
在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。
本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明通過所述的強制循環(huán)結(jié)晶器，能夠?qū)⒘姿岣x子濃度較低的母液在強制循環(huán)結(jié)晶器中形成硫酸銨，而當其達到一定濃度后則利用高度差將母液送入閃蒸結(jié)晶器中形成磷酸一銨，并結(jié)合預熱單元、降膜蒸發(fā)單元、強制循環(huán)結(jié)晶單元和閃蒸結(jié)晶單元之間的連接關系，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出純度較高的硫酸銨和磷酸一銨(例如硫酸銨的含氮量≥21wt.％、含水量≤0.2wt.％；從磷酸一銨包裝系統(tǒng)中產(chǎn)出的磷酸一銨的純度≥90％、含水量≤0.2wt.％)，分出的硫酸銨與磷酸一銨可以作為工業(yè)氮肥與復合肥的原料，實現(xiàn)真正意義的零排放。
（發(fā)明人：周海明;唐二松;劉根廷;楊棟君;陳明波;周天睿;陳志剛）
