一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统的制作方法

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本实用新型属于涂料废水处理领域，尤其是涉及一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统。


背景技术：

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钛白粉广泛应用于制造涂料、高级白色油漆、白色橡胶、合成纤维、电焊条、人造丝的减光剂、塑料和高级纸张的填料等方面，还用于电讯器材、冶金、印刷、印染、搪瓷等行业。
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钛白粉生产目前常用方法为硫酸法。硫酸法生产钛白粉的主要原料是钛矿（钛铁矿或酸溶性钛渣）和硫酸，其生产上艺过程通常可分为十大环节：钛矿的于燥和粉碎、钛矿的酸解、硫酸钛溶液的净化、硫酸亚铁的结晶、硫酸钛溶液的水解、水合二氧化钛的水洗和漂白、盐处理、锻烧和粉碎、二氧化钛的表面处理和粉碎，在生产过程中，排出的废水可分为酸性废水和废酸两类，其中主要含有游离硫酸、硫酸亚铁、偏钛酸和其他金属离子的硫酸盐，其排放主要来源于酸解净化、浓缩、水解水洗等工艺。
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在生产过程中所排放的废酸来自于硫酸钛溶液净化过程的一次水洗工序和钛白粉水解工艺，产生量为7-10t/t（钛白粉）、其中硫酸含量在18-23%，feso4含量约80g/l（以无水feso4计）。其总排放量的20%可以直接返回酸解生序配酸和在浸取时用于调整钛液的酸度系数，其余废酸则无法自身回用。目前，国内硫酸法钛白厂多是将这部分废酸因地制宜供给附近的钢铁厂用以酸洗钢材或供给造纸厂、印染厂等处理碱性废水，但有时因用量少而解决不了问题，这部分废酸的处理方法主要有以几种：
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1. 废酸浓缩法
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废酸浓缩可以采用浸没燃烧和真空浓缩的方法，浸没燃烧是把在燃烧室产生的高温气体直接喷入废酸中、使废酸中的水分蒸发而起到浓缩废酸的作用，由于硫酸浓度的提高使溶解于废酸中的硫酸亚铁析出，但该法浓缩后的浓度不高，而且设备腐蚀很厉害，前苏联有用此方法把废酸浓缩至55%后出售或供生产磷肥使用，真空蒸发浓缩可以根据其蒸发强度、浓缩级数，分别把20%左右的废酸浓缩至40%、50%、70%甚至90% 以上。德国拜耳公司是采用此方法，在多效降膜蒸发器和强制循环的浓缩器中，以蒸汽为热源将废酸浓缩到70-80%，我国化工部第三设计院和原化工部涂料研究所在80年代曾在南京、镇江等地建立废酸浓缩中试生产装置，采用的流程是先将废酸进行沉降净化，然后采用真空浓缩的办法将废酸浓缩30%以上，接着在0-5℃下冷冻，使废酸中的铁盐析出，同时废酸浓度可以提高到40%左右，后来在此基础上又增加了第二段浓缩使废酸浓度提高到40%，但因七水硫酸亚铁脱水生成的七水硫酸亚铁堵塞蒸发器的列管未能投入工业化生产。采用浓缩的方法治理钛白粉生产中所排放的废酸在欧洲和日本比较流行们，但是废酸浓缩设备十分昂贵，能耗和操作费用也很高，浓缩硫酸的成本比购买硫酸贵的多，因此我国工厂尚不敢问津。
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2. 废酸中和生产石膏
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美国的硫酸法工厂因为浓缩后的废酸的用途和成本问题，一般不采用浓缩工艺，而是用废酸中和生产石膏流程是先把废酸以石灰乳中和至ph=2.5，过滤得到低铁石膏，此
石膏的质量和天然石膏基本相同，可以做建筑材料使用，其关键技术是正确掌握石膏的结晶方法，否则过滤将十分困难，另外每吨钛白粉要副产5吨石膏，必须有可靠的利用石膏的途径，不然大量的石膏存放也是一个问题。
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3. 废酸生产铁系颜料
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由于废酸中除含有硫酸外，还含有硫酸亚铁。利用废酸与废铁皮、铁屑反应，可以得到硫酸亚铁溶液，然后以此溶液作为原料生产氧化铁黑、铁红等铁系颜料。氧化铁黑是把硫酸亚铁溶液与过量纯碱在一起用水蒸气加热（95℃），然后过滤、水洗、烘干、粉碎后制得。氧化铁红生产最简单的方法是将硫酸亚铁先烘干、脱水生成feso4.h2o，然后在800℃下锻烧生成粗氧化铁红，经粉碎、干燥、再粉碎即为成品，废气so3可回收用于制硫酸，该法锻烧温度很重要，温度偏低色相带黄相、偏高带蓝相。但此法能耗高，需要加入大量的纯碱中和铁，导致运行成本高。
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4. 氨中和生产硫酸按和硫酸亚铁铵肥料
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以氨中和生产肥料的方法是日本界化学公司所采用的方法，专利97106429.6中也有类似界化学公司的方法，该专利介绍的方法是在废酸中加入硫酸亚铁，直接向此混合液中通入液氨，然后将此物料直接喷雾干燥，可以得到硫酸铵和硫酸亚铁铵。此外还有以废酸生产液体硫酸胺的方法，淄博钻业有限公司钛白粉生产线对此成功进行了中试。该方法是将废酸在中和槽以氨水进行中和后，然后进入一级曝气槽中，以少量压缩空气进行搅拌，使硫酸和氨充分反应，并使fe2+转化成为fe
3+
，此时水中仍含有少量硫酸和fe
2+
，因此设二级中和、曝气和过滤，从而得到合格的硫酸铵溶液。此方法也是一种较为简单有效的方法，需要严格控制中和ph，否则将会产生大量的属于危废范围的铁盐沉淀物。
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综上所述，目前常用的废酸处理方法多为中和，加入石灰、液碱或氨水等方式，但废水或废酸中不仅含有大量的酸，也含有高浓度的铁离子浓度，以中和的方式处理钛白粉生产废水，不仅消耗的碱量大，也将会产生大量的铁渣。另外中和后，废水的处理排放也会是个问题。


技术实现要素：

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本实用新型目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种简单、低能耗、低成本的钛白粉水洗废水资源化利用处理系统。
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为此，本实用新型通过下述技术方案来实现：
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一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统，所述钛白粉水洗废水由钛白粉水洗过程中产生，其特征在于：所述钛白粉水洗废水资源化利用处理系统包括经管道顺次连接的废水收集池、第一换热装置、预处理系统、纳滤系统、树脂吸附装置、换热系统、反应釜、第一蒸发装置、结晶器和干燥器，所述纳滤系统的产水出口与反渗透系统的入口相连通，所述反渗透系统的浓水出口与膜蒸馏装置的入口相连通，所述膜蒸馏装置的浓缩液出口与第二蒸发装置的入口相连通；所述换热系统包括第一换热装置和第二换热装置，所述树脂吸附装置的出水进入第一换热装置的冷却水入口以降低废水收集池的出口废水的温度，同时还提高树脂吸附装置的出水，另外，第二换热装置用于进一步提升树脂吸附装置的出水，以满足进入反应釜的温度要求；所述钛白粉水洗废水资源化利用处理系统还包括压滤装置，所述压滤装置与预处理系统的沉淀出口相连通。
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在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：
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作为本实用新型的优选技术方案：所述预处理系统为沉淀池、微滤装置、超滤装置中的一种或多种的组合。
[0019]
作为本实用新型的优选技术方案：所述纳滤系统包括一工段纳滤装置和二工段纳滤装置，所述一工段纳滤装置和二工段纳滤装置的连接管道上还设有纳滤吸附装置，所述一工段纳滤装置的浓水出口与纳滤吸附装置的入口相连通，所述纳滤吸附装置的出水口与二工段纳滤装置的入口相连通，所述二工段纳滤装置的浓水出口与树脂吸附装置的入口相连通，所述一工段纳滤装置的产水出口与反渗透系统的入口相连通；所述纳滤吸附装置内设有纳滤吸附填料，所述纳滤吸附填料为硅藻土、活性炭、沸石、纤维素球的一种或多种的组合。
[0020]
作为本实用新型的优选技术方案：所述树脂吸附装置包括树脂吸附罐和再生液罐，所述树脂吸附罐内含有用于吸附硫酸的吸附树脂，所述再生液罐内用于存储树脂吸附再生液。
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作为本实用新型的优选技术方案：所述再生液罐的入口与反渗透系统的产水出口相连通。
[0022]
作为本实用新型的优选技术方案：所述树脂吸附罐的再生液出口与纳滤系统的入口相连通。
[0023]
作为本实用新型的优选技术方案：所述反应釜上设有物料投加口和催化剂投加口。
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作为本实用新型的优选技术方案：所述第一蒸发装置为膜蒸馏、机械式蒸汽再压缩技术蒸发器或多效蒸发器的一种或多种的组合；所述第二蒸发装置为机械式蒸汽再压缩技术蒸发器或多效蒸发器的一种或两种的组合。
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作为本实用新型的优选技术方案：所述反渗透系统包括一级反渗透装置和二级反渗透装置，所述一级反渗透装置和二级反渗透装置的连接管道上还设有反渗透吸附装置，所述一级反渗透装置的浓水出口与膜蒸馏装置的入口相连通，所述一级反渗透装置的产水出口与反渗透吸附装置的入口相连通，所述反渗透吸附装置的出水口与二级反渗透装置的入口相连通，所述二级反渗透装置的浓水出口连通至一级反渗透装置的入口，所述二级反渗透装置的产水出口与树脂吸附装置的再生液罐相连通；所述反渗透吸附装置内设有反渗透吸附填料，所述反渗透吸附填料为硅藻土、活性炭、沸石、纤维素球的一种或多种的组合。
[0026]
作为本实用新型的优选技术方案：所述反渗透吸附装置的入口还与第一蒸发装置的冷凝水出口相连通。
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本实用新型提供一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统，可以有效处理钛白粉水洗废水，实现废水零排资源化利用，废变宝。废水中的酸变为高浓度酸可返回工艺前端用于钛矿的酸解，废水中的水达到钛白粉水洗用水的标准，用于钛白粉水洗，废水中铁盐变为聚体产品，可作为絮凝剂外售，废水中的钛白粉可以回收。相比传统石灰或加碱中和系统，通过本实用新型可至少减少每吨废酸0.95 kg废铁渣的排放，减少每吨废酸67 kg废石膏的排放，以及能减少900 kg废水的排放。相比蒸发浓缩系统，通过本实用新型至少可节能50%，另外，不仅能有效解决蒸发器堵塞的问题，又能产生聚铁副产品以取得受益。
附图说明
[0028]
图1是本实用新型所提供的一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统的示意图。
具体实施方式
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参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。
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一种钛白粉水洗废水资源化利用处理系统，钛白粉水洗废水由钛白粉水洗过程中产生，钛白粉水洗废水资源化利用处理系统包括经管道顺次连接的废水收集池、第一换热装置、预处理系统、纳滤系统、树脂吸附装置、换热系统、反应釜、第一蒸发装置、结晶器和干燥器，纳滤系统的产水出口与反渗透系统的入口相连通，反渗透系统的浓水出口与膜蒸馏装置的入口相连通，膜蒸馏装置的浓缩液出口与第二蒸发装置的入口相连通；换热系统包括第一换热装置和第二换热装置，树脂吸附装置的出水进入第一换热装置的冷却水入口以降低废水收集池的出口废水的温度，同时还提高树脂吸附装置的出水，另外，第二换热装置用于进一步提升树脂吸附装置的出水，以满足进入反应釜的温度要求，还可以设置第三换热装置或者更多的换热装置以进一步降低废水的温度；钛白粉水洗废水资源化利用处理系统还包括压滤装置，压滤装置与预处理系统的沉淀出口相连通，压滤装置为压滤机。
[0031]
在本实施例中：预处理系统为沉淀池、微滤装置、超滤装置中的一种或多种的组合。
[0032]
在本实施例中：纳滤系统包括一工段纳滤装置和二工段纳滤装置，一工段纳滤装置和二工段纳滤装置的连接管道上还设有纳滤吸附装置，一工段纳滤装置的浓水出口与纳滤吸附装置的入口相连通，纳滤吸附装置的出水口与二工段纳滤装置的入口相连通，二工段纳滤装置的浓水出口与树脂吸附装置的入口相连通，一工段纳滤装置的产水出口与反渗透系统的入口相连通。纳滤吸附装置内设有纳滤吸附填料，纳滤吸附填料为硅藻土、活性炭、沸石、纤维素球的一种或多种的组合。
[0033]
在本实施例中：树脂吸附装置包括树脂吸附罐和再生液罐，树脂吸附罐内含有用于吸附硫酸的吸附树脂，再生液罐内用于存储树脂吸附再生液。
[0034]
在本实施例中：再生液罐的入口与反渗透系统的产水出口相连通。
[0035]
在本实施例中：树脂吸附罐的再生液出口与纳滤系统的入口相连通。
[0036]
在本实施例中：反应釜上设有物料投加口和催化剂投加口。
[0037]
在本实施例中：第一蒸发装置为膜蒸馏、机械式蒸汽再压缩技术蒸发器或多效蒸发器的一种或多种的组合；第二蒸发装置为机械式蒸汽再压缩技术蒸发器或多效蒸发器的一种或两种的组合。
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在本实施例中：反渗透系统包括一级反渗透装置和二级反渗透装置，一级反渗透装置和二级反渗透装置的连接管道上还设有反渗透吸附装置，一级反渗透装置的浓水出口与膜蒸馏装置的入口相连通，一级反渗透装置的产水出口与反渗透吸附装置的入口相连通，反渗透吸附装置的出水口与二级反渗透装置的入口相连通，二级反渗透装置的浓水出口连通至一级反渗透装置的入口，二级反渗透装置的产水出口与树脂吸附装置的再生液罐相连通。反渗透吸附装置内设有反渗透吸附填料，反渗透吸附填料为硅藻土、活性炭、沸石、纤维素球的一种或多种的组合。
[0039]
在本实施例中：反渗透吸附装置的入口还与第一蒸发装置的冷凝水出口相连通。
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上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。