在化工企業(yè)中，有許多廢水是含較高濃度的硫酸鈉廢水，因含鹽量較高無法直接進(jìn)行生化處理，因此一般采用多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，得到無水硫酸鈉固廢，冷凝水回用或進(jìn)一步處理；近些年隨著MVR熱泵蒸發(fā)器的興起，因其較低的處理能耗得到較多推崇，但是由于壓縮風(fēng)機均為進(jìn)口設(shè)備，投資較高。那么，究竟有沒有一個投資相對更小、處理能耗更低的工藝路線呢。

    針對硫酸鈉的物料特性，其既可以通過蒸發(fā)得到無水硫酸鈉結(jié)晶，又可以通過冷凍得到含十個結(jié)晶水的芒硝（即十水硫酸鈉）；同時，隨著膜濃縮技術(shù)的進(jìn)步，通過膜濃縮可以將原料液及結(jié)晶母液濃度提升至15%左右，因此我們獨辟蹊徑，采用膜濃縮及冷凍結(jié)晶脫硝組合工藝，得到芒硝晶體及膜過濾得到的潔凈水。

    那么，這種組合結(jié)晶的工藝和多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)、MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)相比，在投資及能耗上究竟有多大優(yōu)勢及合理性呢，就此，我們以日處理200噸含量為18%的硫酸鈉廢水為例，進(jìn)行具體比較。

一、設(shè)計條件：

每天處理200m³其中含硫酸鈉18%，比重為1131kg/m3,按每天運行20小時計。

來料溫度20⁰C

二、設(shè)備選型

根據(jù)硫酸鈉的特性及本系統(tǒng)廢水中硫酸鈉的含量，可選用下列幾種處理方式

1）            通過冷凍結(jié)晶+膜濃縮組合處理工藝得到十水硫酸鈉與純水。

2）            通過多效強制循環(huán)蒸發(fā)工藝得到硫酸鈉。

3）            通過熱泵+多效強制循環(huán)蒸發(fā)組合處理工藝得到硫酸鈉。

三、各處理工藝介紹

1、冷凍結(jié)晶+膜濃縮組合處理工藝

（1）工藝流程

20⁰C的物料溶液通過連續(xù)冷凍結(jié)晶器通過不斷冷卻產(chǎn)生過飽和度從而得到十水硫酸鈉警惕，出料泵取出的晶漿經(jīng)稠厚器進(jìn)一步消除飽和度后進(jìn)入離心機固液分離后，固體進(jìn)入下工序，母液進(jìn)入膜過濾工序進(jìn)行再濃縮，可將母液濃度提升至15%左右，濃縮后的純水進(jìn)入生產(chǎn)工序回用，濃縮液進(jìn)入結(jié)晶器繼續(xù)參與結(jié)晶。

通過結(jié)晶得到十水硫酸鈉作為固體產(chǎn)品與純水，母液則通過膜濃縮在體系內(nèi)循環(huán)繼續(xù)參與結(jié)晶。

（2）工藝特點：

1)為了使晶體有更好的生長環(huán)境和更高的收率、更低的能耗，采用本方案采用母液預(yù)冷+冷凍水冷卻結(jié)晶。采用預(yù)冷換熱，可以有效利用能量，運行費用低，操作穩(wěn)定性好。

2)配大流量、低揚程、低轉(zhuǎn)速的軸流泵作為循環(huán)動力，可以使物料均勻冷卻，避免產(chǎn)生大量細(xì)晶核。并防止了循環(huán)晶漿中的晶粒與循環(huán)泵的葉輪高速碰撞而出現(xiàn)大量二次成核現(xiàn)象。

3)根據(jù)結(jié)晶數(shù)據(jù)曲線及結(jié)晶要求，結(jié)晶器采用了外冷式的Krystal分級結(jié)晶器。

4)本裝置可采用人工控制或自動控制，操作簡單、穩(wěn)定。

5）可充分利用冷量，能量消耗低。

（3）工藝能耗

冷凍機組功率消耗：440Kw/h

其他設(shè)備功率消耗（不含離心機功率）：80Kw/h。

電費按0.6元/kw,則每小時的總能量消耗為：312元/小時，約合處理每立方水的成本為：31.2元。

（4）結(jié)晶器設(shè)備投資

結(jié)晶器主體設(shè)備投資318萬元（不含安裝、離心機及膜處理部分）

2、多效強制循環(huán)蒸發(fā)工藝

（1）工藝流程

采用四效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝，順流操作，即溶液流向為：原料液→一效→二效→三效→四效→濃縮液排出。生蒸汽則首先進(jìn)入一效蒸發(fā)器加熱室的殼程，冷凝水回鍋爐，一效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的二次蒸汽則進(jìn)入二效蒸發(fā)器的殼程作為二效加熱室的加熱蒸汽，冷凝后冷凝水進(jìn)入三效加熱室閃蒸；二效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的二次蒸汽作為三效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，冷凝水進(jìn)入三效加熱室閃蒸；三效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的二次蒸汽作為四效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，冷凝水進(jìn)入四效加熱室閃蒸；四效的乏汽由間接冷凝器冷凝，不凝氣體由真空泵排出。

通過本多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝，可分別得到硫酸鈉與蒸發(fā)出的冷凝水。

（2）工藝特點

1）傳熱效率高、操作彈性大、運轉(zhuǎn)可靠。

2）采用真空操作，蒸發(fā)溫度低并有效降低設(shè)備腐蝕。

3）小溫差循環(huán)操作，換熱管不易結(jié)垢，操作周期長。

4）采用強制循環(huán)蒸發(fā)，通過增大循環(huán)量進(jìn)而提升換熱器內(nèi)的管內(nèi)流速，可有效克服硫酸鈉結(jié)晶容易結(jié)壁的特點。

（3）工藝能耗

    蒸汽消耗3.9噸/小時，用電功率200KW/h

    蒸汽按200元/噸，電費按0.6元/kw

    則每小時能耗消耗費用共計900元/h

    約合每立方水消耗的費用為90元。（不含離心機）

（4）設(shè)備投資

    主體設(shè)備投資350萬元（不含安裝及離心機部分）

3、MVR熱泵蒸發(fā)器+多效蒸發(fā)器組合工藝

（1）工藝流程及原理

作為一種節(jié)能高效的蒸發(fā)器，MVR熱泵蒸發(fā)器一般采用的換熱器形式為降膜式蒸發(fā)工藝，適用于濃度低、無結(jié)晶、不容易結(jié)壁的物料，所以對于本物料系統(tǒng)，在無結(jié)晶濃縮階段采用MVR蒸發(fā)器，在溶液結(jié)晶飽和的時候采用多效強制循環(huán)蒸發(fā)器組合工藝。

硫酸鈉的飽和濃度約為30%，因此采用MVR蒸發(fā)器需要控制出料濃度小于30%，即在濃度接近30%時須轉(zhuǎn)入多效蒸發(fā)結(jié)晶器繼續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶。通過計算，在MVR蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)出的水量要控制在2.2噸/小時左右，則在多效強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)的水量約為2.5噸/小時左右。

（2）工藝特點

1）采用組合工藝可有效解決MVR蒸發(fā)器不能處理結(jié)晶物料的問題。

2）設(shè)備能耗較低，但設(shè)備投資相對較大。

（3）工藝能耗

1）第一級MVR濃縮4.4t/hr（蒸汽溫升8℃）蒸發(fā)器
設(shè)備成本：450萬元/套 
運行成本：蒸汽消耗0.02噸/小時（機組密封補汽），蒸汽價格200元/噸，電耗220千瓦/時（主電機、循環(huán)泵、真空泵、凝水泵），平均電價0.6元/千瓦時；
每小時運行成本：0.04噸*200元/噸+220千瓦*0.6元/千瓦時=8+132=136元/小時；

約合處理每噸水的成本為32元。

2）第二級四效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器

運行成本：蒸汽消耗1.8噸/小時，電耗140KW/h

則每小時運行成本為1.8噸*200元/噸+140千瓦*0.6元/千瓦時=360+84=444元/小時；

約合處理每噸水的成本91元。

則每小時綜合成本為136+444=580元/小時，約合每立方水消耗的費用為58元（不含離心機能耗）。

（4）設(shè)備投資

MVR設(shè)備投資約450萬元，四效蒸發(fā)結(jié)晶器設(shè)備投資約240萬元，總計約690萬元（不含安裝、離心機設(shè)備價格）。

四、綜合評價

由以上分析可以得出，設(shè)備能耗方面來考慮，采用冷凍結(jié)晶與膜處理組合工藝，運行能耗*低，設(shè)備投資中等；采用四效蒸發(fā)結(jié)晶工藝，投資*低，但運行費用*高；采用MVR與四效蒸發(fā)結(jié)晶組合工藝，運行能耗中等，但投資*高。

因此，才用冷凍結(jié)晶與膜處理組合工藝處理硫酸鈉廢水具有較高的推廣價值。