钠、钾盐分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用

彭征宇，朱利民，李 冰，陈 浩

(1.中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙 410114；2.深圳能源资源综合开发有限公司，广东深圳 518000)

在我国垃圾填埋是一种主要的垃圾处理方式，伴随垃圾填埋产生的渗滤液和沥滤液如果不经处理，直接排放将污染周围的生态环境，严重危害人民的生命健康[1]。这些渗滤液含有一定的有机物、氨氮等成分，其他主要成分多为高浓度的盐，主要为氯化钠、氯化钾。渗滤液废水经过前处理工艺，降解、消除其中的有机物、氨氮等成分之后剩下的含盐溶液，浓缩液全部回灌填埋场，会导致盐分、难降解有机质在填埋场渗滤液中累积，加大后续渗滤液处理的难度，因此如何处理该含盐溶液成为需要解决的问题。而另一方面，随着世界经济的不断发展，全世界对钾盐的需求逐渐增大，而我国钾资源相对贫乏，国内钾盐生产主要是从盐湖和海水中提取，其他大部分需要从国外进口[2-3]，由此可见，通过对废水资源中的氯化钾、氯化钠资源进行回收利用具有重要意义。

1 项目概况

项目处理的原料来自于渗滤液处理过程中RO产生的浓缩液，该浓缩液不处理的话回罐填埋场，会导致盐分在填埋场渗滤液中累积，加大后续渗滤液处理的难度，因此针对反渗透产生的高含盐废水采用了MVR蒸发盐钾分质结晶工艺，将其中的氯化钠、氯化钾资源从废水中分离出来，得到可供外售的工业级NaCl和KCl产品。

1.1 原料成分

原料为经过去除钙镁和重金属离子的RO浓缩液，处理量为20 t/h，原料水质指标如表1。

表1 原料水质指标Tab.1 Raw material water quality index mg·L-1

1.2 工艺原理

利用氯化钠和氯化钾在不同温度下的溶解度不同的原理，将该两种无机盐从水体中分离出来，在含氯化钠和氯化钾溶液中，氯化钠溶解度随温度变化不大，而氯化钾溶解度随温度降低而降低，随温度变化明显[2]，因此针对该项目原料成分，在高温状态下将料液进行蒸发、浓缩，氯化钠先达到饱和结晶析出，至氯化钾接近饱和后，再转料降温析出氯化钾，析出氯化钾的溶液再返回至前端混合继续蒸发析出氯化钠，得到氯化钠和氯化钾盐浆分别经离心脱水进行固液分离，分离的固态盐晶经干燥后包装，得到满足工业标准的氯化钠和氯化钾。

1.3 工艺流程简述

工艺采用蒸发浓缩+蒸发结晶析钠盐+二级闪发降温析钾盐的工艺，析出的钠盐浆、钾盐浆分别排出后经增稠、离心脱水、干燥，最终分别包装成产品外售。图1为工艺流程简图。

图1 工艺流程简图Fig.1 Process flow diagram

工艺首先将含盐废水通过预热系统预热，预热后的料液进入蒸发器进行浓缩，浓缩后的料液继续进入结晶器，在结晶器中进一步蒸发结晶析出氯化钠，同时结晶器的澄清母液进入闪发罐1, 闪发并进一步浓缩，随后送至闪发罐2，降温析出结晶氯化钾，闪发罐2的澄清母液再送回至结晶器，结晶器和闪发罐2分别得到的氯化钠和氯化钾盐浆经过离心脱水、干燥得到氯化钠和氯化钾产品。

2 运行效果分析

2.1 产品品质

氯化钠产品可满足《工业盐》(GB/T5462-2015)中的精制工业盐中工业干盐一级标准，具体要求见表2，氯化钠产品量约为720 kg/h,氯化钠产品检验结果见表3，氯化钾可满足《氯化钾》(GB6549-2011)中的I类一等品标准，具体要求见表4，氯化钾产品约为340 kg/h,氯化钾产品检验结果见表5。蒸发冷凝水TDS≤100。

表2 《工业盐》(GB/T 5462-2015)工业干盐一级标准Tab.2 Industrial salt(GB/T 5462-2015)Class Ⅰ standard for industrial dry salt g·100g-1

表3 氯化钠产品检验结果Tab.3 Test results of NaCl products g·100g-1

表4 《氯化钾》(GB6549-2011)I类一等品标准Tab.4 Class Ⅰ first class standard of KCl(GB6549-2011) g·100g-1

表5 氯化钾产品检验结果Tab.5 Test results of KCl products g·100g-1

2.2 装置运行现状

(1)装置运行连续稳定，刷罐周期长，可达到0.5 a～1 a，通过装置长周期的成功运行经验证明了工艺路线的可行性以及钠、钾盐分离应用在垃圾渗滤液处理领域的工程技术的成熟性，采用此工艺路线可对该领域中的氯化钠、氯化钾等资源实现有效的综合利用，减少资源的浪费和对环境造成的污染。

(2)氯化钠、氯化钾产量稳定，纯度、白度、粒度等产品品质均为良好，产品检测结果显示氯化钠产品可达到《工业盐》(GB/T5462-2015)中的精制工业盐中工业干盐一级标准，氯化钾产品达到《氯化钾》(GB6549-2011)中的I类一等品标准。

(3)装置自动化程度较高，一班两人操作值守即可，操作量少。

2.3 运行难点及应对措施

(1)进装置的原料水质成分波动较大，尤其是氯化钠、氯化钾成分及比例有波动，这就需要在运行过程中，及时分析原料成分，并据此控制好结晶罐、闪发罐的转料量等操作参数，通过参数调整以确保氯化钠和氯化钾产品的质量。

(2)闪发罐中料液温度常高于设计值，导致闪发罐的转料量较大，装置运行能耗也会相应增加，经过分析，这主要受限于现场循环冷却水水量不足，冷却水进水温度较高，这会导致水环真空泵工作液无法有效冷却下来，工作液介质温度较高，水环真空泵抽气量低于设计值，同时表冷器无法用冷却水将闪发的二次汽及时冷却充分，最终结果就会导致闪发罐无法达到设计的真空度，这一点需要在以后的设计中充分考虑到水环真空泵工作液温度的影响，核实对应温度的性能曲线，同时充分保障循环冷却水的供应，确保水环真空泵的抽气效果。

(3)装置运行初期经历过钠、钾盐分离效果不佳，结晶产品品质不稳定，颗粒小，成粉末状，易形成浮晶，造成转料管道、钾增稠器溢流管路堵塞，同时造成氯化钾浓度逐步升高，系统蒸发量逐步下降，针对这个问题，经过分析发现，问题在于育晶时间及育晶措施不够，后续设计进行了相应调整，进行了相关改造，增加了结晶器、闪发罐容积，在罐型设计上进行了改进，保障了晶体成长的时间和环境，从而改进了氯化钠、氯化钾的育晶环境，经此改进后钠、钾盐分离效果明显改善，氯化钠、氯化钾结晶盐产品品质稳定，颗粒度增大，离心、干燥效果也因此变得更好。

(4)装置初期连续排盐困难，运行不稳定，问题主要有以下几点：一是排盐管线小，晶体颗粒小，易结块，管路容易堵塞，导致连续排盐困难，冲洗水量增加，影响蒸发量；二是钠、钾盐分离效果不佳，产钾盐量少，导致钾盐一直在系统内部富集，增大了浓缩段的沸点升，降低系统的蒸发量；三是操作习惯，操作人员习惯了前期的间歇排盐方式，这种操作方式导致了系统稳定性不强，波动大等问题。针对以上几点问题，在设计排盐浆管路时，尽量缩短管线长度，减少弯头同时采用大曲率半径弯头，采取措施改进钠、钾盐分离效果，调整操作习惯，建立盐浆系统循环，实现系统连续排盐，减少了操作人员工作量，保障了装置的连续、自动稳定运行。

3 结论

通过工程实践证明，钠、钾盐分质结晶技术在垃圾渗滤液处理领域能够实现垃圾渗滤液浓盐水中的钠钾盐结晶分离，得到符合国家标准的氯化钠、氯化钾产品和可供回用的冷凝水，这既减少了垃圾渗滤液浓盐水排放对环境造成的不良影响，同时也回收了废水中的氯化钠和氯化钾等盐资源，契合了国家提出的资源循环利用理念，为垃圾渗滤液浓盐水处理提供了一个很好的解决方案。