Выпарка и кристаллизация
Превращаем солёный сток или концентрат в дистиллят для оборота и рассол или сухую соль. Выпарку ставим последней ступенью — после того как более дешёвые методы сняли всё, что могли.
В выпарном аппарате раствор кипит, вода уходит паром, а соли и нелетучие примеси остаются. Пар конденсируют — получается дистиллят, его возвращают в процесс. Чтобы не платить за тепло дважды, вторичный пар используют снова: в многокорпусной установке пар одного корпуса греет следующий, а в аппарате с механической рекомпрессией пар сжимают компрессором и возвращают в греющую камеру того же аппарата.
Когда раствор доходит до насыщения, соли начинают выпадать. Дальше работает кристаллизатор: соль растёт кристаллами, их отделяют на центрифуге и сушат. Вместо жидкого отхода получается твёрдый продукт — на этом строятся схемы нулевого сброса. ИТС 8-2022 описывает такой подход как НДТ В-13 «Термодистилляция»: соли выводят поэтапно реагентным осаждением и упариванием до кристаллического продукта, сульфаты — в виде гипса.
Испарять воду дорого, поэтому перед выпаркой объём сокращают обратным осмосом, а соли, дающие накипь, снимают умягчением. В нашем опыте — установка выпаривания солевого раствора производительностью 10 т/ч на промышленном предприятии и цех термической сушки осадка 340 т/сут на водоканале города-миллионника (об объекте). ООО «ПЛАЗКАТ» работает с 2006 года и ведёт объект полным циклом: проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пусконаладочные работы.
Когда применять и когда нет
Подходит
- Сброс засолённого стока запрещён или невозможен, нужен нулевой сброс
- Объём уже сокращён: концентрат обратного осмоса, регенерационные растворы ионного обмена, маточники
- Многокомпонентный концентрированный сток с биологически неразлагаемыми или токсичными веществами — ИТС 8-2022 называет вакуумное упаривание НДТ (В-7)
- Соль из стока можно вернуть в процесс или продать
- На площадке есть пар или сбросное тепло
- Солесодержание выше диапазона обратного осмоса — 30 г/л по СП 31.13330.2021
Не подходит
- Большой расход слабоминерализованной воды: дешевле обратный осмос или ионный обмен, а на выпарку отправить только их концентрат
- В стоке летучие вещества — аммиак, фенолы, растворители — без предварительной отдувки: они уйдут в дистиллят
- Сток пенится, несёт масла и взвесь и не прошёл предочистку
- Нет решения по соли: смесь солей без покупателя, а размещать отход негде
Типовая схема очистки
- УсреднительВыравнивает расход и состав, чтобы выпарка работала в стабильном режиме.
- Узел предочистки: умягчение и фильтрацияСнимает соли жёсткости, кремний, взвесь — то, что даёт накипь и пену в выпарном аппарате.
- Установка обратного осмосаСокращает объём: основная часть воды уходит пермеатом, на выпарку — концентрат.
- Выпарной аппарат с рекомпрессией параУпаривает концентрат. Вторичный пар сжимают и возвращают в греющую камеру, конденсат — дистиллят.
- КристаллизаторДоводит раствор до пересыщения: соли растут кристаллами, маточный раствор возвращается в цикл.
- Центрифуга и сушка солиОтделяют кристаллы от маточника и сушат до сыпучей соли.
Параметры
Удельный расход пара и электроэнергии зависит от схемы (число корпусов, рекомпрессия пара) и состава раствора. Считаем его по материальному и тепловому балансу под ваш сток.
| Параметр | Значение | Где установлено |
|---|---|---|
| Вакуумное упаривание | подход НДТ для сложных многокомпонентных концентрированных стоков с биологически неразлагаемыми или токсичными веществами | ИТС 8-2022, НДТ В-7 ж) |
| Термодистилляция с выводом солей | реагентное осаждение, концентрирование и доупаривание до кристаллического продукта; сульфаты выводят в виде гипса | ИТС 8-2022, НДТ В-13 |
| Подготовка стока перед упариванием | узлы нейтрализации, усреднения и осветления | ИТС 8-2022, НДТ В-13 |
| Концентрирование регенерационных вод ионитовых фильтров | обратным осмосом | ИТС 8-2022, НДТ В-12 б) |
| Граница обратного осмоса по солесодержанию | менее 30 г/дм³ | СП 31.13330.2021, табл. Б.3 |
Источник: ИТС 8-2022 «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях», НДТ В-7, В-12, В-13; СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», табл. Б.3
Сравнение
| Критерий | Выпарка с механической рекомпрессией пара | Многокорпусная выпарка на паре | Обратный осмос |
|---|---|---|---|
| Источник энергии | Электроэнергия на компрессор | Греющий пар | Электроэнергия на насосы |
| Когда уместна | Пара на площадке нет, электроэнергия доступна | Есть пар или сбросное тепло | Первая ступень концентрирования |
| Предельная концентрация | До насыщения, с кристаллизатором — до сухой соли | До насыщения, с кристаллизатором — до сухой соли | Ограничена осмотическим давлением |
| Качество воды | Дистиллят | Дистиллят | Пермеат |
| Чувствительность к накипи | Высокая: нужен контроль солей жёсткости и кремния | Высокая | Высокая, нужна предочистка и антискалант |
Где применяли
Водоканал города-миллионника: электролизная установка гипохлорита, 8 ячеек 8 электролизных ячеек по 6,0–6,5 кг активного хлора в час. Поставка, монтаж и пусконаладка с подтверждением проектных показателей. НПЗ в Орске: озонаторная установка для очистки технологических стоков Поставили озонаторную установку для блока озонирования технологических стоков нефтеперерабатывающего завода. Водоканал города-миллионника: цех термической сушки осадка, 340 т/сут Две линии барабанной сушки перерабатывают 340 тонн осадка в сутки. На выходе — до 100 тонн сухого гранулята в сутки. Вопросы и ответы
Чем выпарка отличается от сушки?
Выпарка работает с раствором: из него испаряют воду до концентрата или кристаллов. Сушка работает с влажным твёрдым материалом — кеком, гранулами, кристаллами после центрифуги — и доводит его до сухого состояния. В схеме нулевого сброса обычно есть и то и другое.
Зачем перед выпаркой обратный осмос?
Испарять воду дорого. Обратный осмос снимает основную часть воды при меньших затратах энергии, и на выпарку уходит только концентрат. ИТС 8-2022 описывает схемы, где концентрат обратного осмоса направляют на выпарку.
Как бороться с накипью в выпарном аппарате?
Соли жёсткости и кремний снимают умягчением до выпарки, держат концентрацию в аппарате под контролем, предусматривают химические промывки. Для сульфата кальция применяют режим с затравочными кристаллами, чтобы гипс рос на них, а не на стенках.
Что делать с солью?
Если соль одна и чистая — вернуть в процесс или продать. Смесь солей чаще идёт на размещение как отход, и это нужно согласовать заранее: класс опасности и место размещения влияют на всю экономику схемы.
Какие данные нужны для расчёта?
Полный солевой состав, кремний, ХПК и нефтепродукты, летучие вещества, pH, температура, расход по часам. Что есть на площадке: пар (давление, количество), сбросное тепло, электрическая мощность. И что нужно получить: дистиллят какого качества, рассол или сухую соль.