反渗透—纳滤组合与MVR技术结合提纯工业盐工艺研究

邹元新,邓 强,项 拓,彭小清

(江西晶昊盐化有限公司,江西 宜春 331200)

1 前言

目前伴随着制盐行业的发展与进步,给环境带来了较大的压力,高污染、高能耗也经常被社会所报道出来。由于目前国家现阶段节能减排政策的实施,节能减排工艺也越来越被更多企业所关注。针对传统的制盐工艺,近年来MVR蒸发制盐技术也以其能耗小、蒸汽可循环利用以及工艺简单等诸多优点受到许多企业的关注,并进行推广运用。

2 技术原理

2.1 反渗透分离原理

反渗透是一种能截留大于0.000 1 μm物质,现阶段非常成熟的膜法液体分离技术,对所有溶解盐和分子量大于100的有机物质都能有效截留,对高离子和复杂单价离子的脱盐率可超过99%[1]。并且允许水分子完全通过,并不会对其造成阻碍,是一种较为精细的膜分离产品,其渗透原理见图1。反渗透法对环境和工人的危害较小,与传统的离子交换法相比,在交换的过程中并不需要消耗大量的化学物质。同时,该方法还具有脱盐效率高、出水量大、能源消耗少等特点[2]。因此,对于我国的食盐生产过程中存在着大量的脱盐现象,利用反渗透技术来制备制盐溶解用水,可极大程度地降低卤水中杂质的含量,提高卤水品质。

图1 反渗透原理Fig.1 Reverse osmosis principle

2.2 纳滤分离原理

纳滤是目前市面上的一种膜分离的技术,它介于超滤和反渗透之间[3],膜分离特性见图2。对于相对分子较小的物质,例如无机盐或葡萄糖、蔗糖等都能从膜中进行完全透过。纳滤膜的孔径只有几纳米,因此它对于水中分子量大于200的各种物质都能进行拦截,防止其透过[4]。此外,纳滤膜还能对工业盐中的色素和不溶性固体进行更好的截留,如总溶解性固体、有机质、色度等多项指标进行更好的去除。并且纳滤膜在耐污染的高温和酸、碱等苛刻条件下也能正常运转;操作压力小,高膜通量,装置操作成本低。

图2 膜分离特性图Fig.2 Membrane separation characteristic

纳滤膜是对离子起静电作用的荷电膜,对不同价态的离子截留能力不同的滤膜,其受膜和离子间的道南效应的影响,其表现形式是[5-6]:

对于阳离子而言,截留率为Mg2+>Ga2+>Na+>H+。

3 工艺流程

3.1 原水的制备

该项目采用一套中试装置,利用三只膜元件进行反渗透(RO)产水。浓液在操作过程中有多个区段被逐级处理,见图3。原水箱储存的自来水经过RO原水泵的抽取流经保安过滤器,其中包含滤布、滤网、微孔滤芯以及多功能滤芯等,可以对水中的杂质进行层层过滤,最大程度地处理掉水中的大颗粒杂质,溶解性固体,防止其进入到反渗透膜中,对膜造成堵塞以及划破,影响膜元件对水的处理能力。再利用RO高压泵把水抽打入到反渗透系统中,在压力以及反渗透膜的作用下去除掉水中分子量大于100的物质以及溶解性盐,并允许水分子透过。并且一号和二号膜元件产生的浓水相应进入二号和三号膜元件进行多次渗透,既充分利用水资源,同时也减少了浓液的产生。水资源利用率的提高也使得浓液处理量下降,成本开支得到了进一步降低。

图3 反渗透流程图Fig.3 Reverse osmosis flowchart

对自来水以及反渗透后的用水进行ICP-MS等检测分析,见表1,过滤后的自来水各类杂质以及离子的含量都有了显著地下降,对于水中的溶解性固体的去除率更是达到99%以上,有效地保证了原水的品质上的合格。

表1 水质检测报告Tab.1 Water quality test report

3.2 卤水的提纯

因工业盐中含有部分钙、镁离子以及硫酸根离子,并且产品本身偏黄或者灰白色,远达不到对其卤水品质的要求。因此在进行蒸发结晶前还需对其进行进一步的过滤,去除其中的钙、镁离子以及硫酸根离子等。

对此,采用纳滤装置进行过滤,见图4。通过保安过滤器将溶解后的卤水用原水泵进行过滤,先将工业盐中不溶杂质去除。再经高压泵将过滤后的卤水放入装有纳滤膜原件的管道中,充分利用膜的分离特性,将卤水中的高价离子、色度、异味等截留下来,不影响钠离子、氯离子和水分子的通过,进一步提高了卤水的纯净度。

图4 纳滤过滤流程图Fig.4 Nanofiltration flowchart

表2 卤水质检测报告Tab.2 Halogen water quality test report

3.3 食盐的制备

对于预处理过后的卤水在品质上完全满足MVR制盐系统的要求,因此对卤水的蒸发结晶采用目前较为先进的MVR制盐系统[7],见图5。

图5 MVR制盐系统Fig.5 MVR salt production system

系统启动阶段,先向管道中通入新鲜的外来蒸汽,对物料进行初步的加热。启动水环式真空泵,抽取MVR系统中的空气以及不凝汽,使系统维持真空状态,降低物料沸腾蒸发温度,快速产生二次蒸汽。

过滤后的卤水进入原料储物罐内,在进料泵的作用下将卤水打入到预热器进行第一次的热交换,再由循环管路进入到蒸发结晶系统。物料在循环泵的作用下反复与管式过热器进行热交换,在蒸发结晶器里进行沸腾结晶。对于结晶所产生的二次蒸汽再由空气压缩机进行压缩,使二次蒸汽成为过热蒸汽,消除过热度后再次形成饱和蒸汽,并经由管线重新输送到管式过热器的壳层中作为热源对物料进行加热。对于结晶蒸发阶段,结晶器下部的高溶度浆液进入增稠器进行进一步的增稠处理,上部的稀溶液通过溢流口溢流进入母液罐,在母液泵的作用下再次打回进入循环系统中。下部增稠后的浆液直接进入离心机进行脱水处理,生成结晶盐。

4 结论与展望

经过反渗透以及纳滤工艺处理后的卤水再经由MVR蒸发结晶系统制备的食盐在纯度上NaCl含量能达到99.99%以上,白度以及粒度也远高于国家一级食用盐标准。相对于传统的卤水净化,反渗透—纳滤装置对于卤水的处理能力更强,对环境造成的影响也更小。且MVR技术作为现在较为先进的节能减排技术,在工艺方面大大提升了能源的利用率,减少了系统对于外界能源的需求,起到了一个明显的节能减排作用,对环境起到了一个很好的保护作用。该套装置全程通过系统进行自动控制,使得操作以及控制更加的简单,大幅度地降低人工成本,并提高生产效率。