三效蒸發(fā)器在高含鹽廢水處理中的應(yīng)用

張紹坤

(北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027)

三效蒸發(fā)器在高含鹽廢水處理中的應(yīng)用

張紹坤

(北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027)

在分析各種高含鹽廢水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了三效蒸發(fā)器脫鹽法，它具有技術(shù)成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處理速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有較大的發(fā)展前景。該技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中，還存在一些難點(diǎn)，如處理成本高、設(shè)備使用壽命短、需要蒸氣量大等，亟待解決。

高含鹽廢水;三效蒸發(fā)器;SBR工藝

1 緒論

高含鹽廢水是指含至少總?cè)芙夤腆wTDS（Total Dissolved Solid）和有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于3.5%的廢水，包括高鹽生活廢水和高鹽工業(yè)廢水。主要來(lái)源于直接利用海水的工業(yè)生產(chǎn)、生活污水和食品加工廠、制藥廠、化工廠及石油和天然氣的采集加工等。這些廢水中除了含有有機(jī)污染物外，還含有大量的無(wú)機(jī)鹽，如Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機(jī)物廢水，若未經(jīng)處理直接排放，勢(shì)必會(huì)對(duì)水體生物、生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生極大危害。該類濃廢水的共同特點(diǎn)是：不能簡(jiǎn)單地用生化處理，且物化處理過(guò)程較復(fù)雜，處理費(fèi)用較高，是污水處理行業(yè)公認(rèn)的高難度處理廢水[1]。

2 高含鹽廢水處理技術(shù)

關(guān)于高含鹽廢水的處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究了幾十年，目前通常采用的方法主要包括：生物法、SBR工藝法和三效蒸發(fā)器脫鹽法等。

2.1 生物法

生物處理是目前廢水處理最常用的方法之一，具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]?；U水如染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體等含鹽量較高的廢水，污染嚴(yán)重，必須經(jīng)過(guò)處理才能排放。況且，此類廢水成分復(fù)雜，不具備回收價(jià)值，采用其他處理方法成本較高，因此生物處理仍是首選的方法。無(wú)機(jī)鹽類在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)，維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用，但鹽濃度過(guò)高，會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，主要原因在于：

（1）鹽濃度過(guò)高時(shí)滲透壓高，使微生物細(xì)胞脫水引起細(xì)胞原生質(zhì)分離；

（2）高含鹽情況下因鹽析作用而使脫氫酶活性降低；

（3）高氯離子濃度對(duì)細(xì)菌有毒害作用；

（4）由于污水的密度增加，活性污泥容易上浮流失。

為此，高含鹽廢水的生物處理需要進(jìn)行稀釋，通常在低鹽濃度下（鹽濃度小于1%）運(yùn)行，因而會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)由于處理設(shè)施龐大也會(huì)造成投資增加、運(yùn)行費(fèi)用提高。隨著水資源的日趨緊張，國(guó)家出臺(tái)的保護(hù)水資源的各項(xiàng)法規(guī)和收費(fèi)措施，給高含鹽廢水處理的企業(yè)帶來(lái)了負(fù)擔(dān)。

2.2 SBR工藝

SBR是序批間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡(jiǎn)稱，是一種按間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作[3]。SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無(wú)污泥回流系統(tǒng)。

SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好；

（2）運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時(shí)間短、效率高，出水水質(zhì)好；

（3）耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對(duì)污水有稀釋、緩沖作用；

（4）工藝過(guò)程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行靈活；

（5）處理設(shè)備少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于操作和維護(hù)管理；

（6）反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度，能有效控制活性污泥膨脹；

（7）SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于污廢水處理廠的擴(kuò)建和改造；

（8）通過(guò)適當(dāng)控制運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果；

（9）工藝流程簡(jiǎn)單、造價(jià)低。

盡管SBR工藝在廢水處理工程中有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于高含鹽廢水的處理還存在一些難點(diǎn)，需要進(jìn)一步克服。主要難點(diǎn)有：

（1）廢水中含鹽量的增加，對(duì)廢水處理系統(tǒng)的硝化能力影響較大；

（2）廢水中含鹽量較多時(shí)，浮力較大，不容易沉淀；

（3）多數(shù)高含鹽廢水中含有有害有機(jī)物等其他雜質(zhì)，不能通過(guò)SBR工藝加以去除；

（4）SBR工藝自動(dòng)化要求程度高；

（5）后處理設(shè)備要求較多，如消毒設(shè)備、接觸池容積，以及排水設(shè)施如排水管道等都要求很高。

2.3 三效蒸發(fā)器脫鹽法

蒸發(fā)是現(xiàn)代化工單元操作之一，即用加熱的方法使溶液中的部分溶劑汽化并去除，以提高溶液的濃度，或?yàn)槿苜|(zhì)析出創(chuàng)造條件[4]。三效蒸發(fā)器脫鹽法是利用濃縮結(jié)晶系統(tǒng)將廢液中的無(wú)機(jī)鹽通過(guò)蒸發(fā)的方式加以去除的方法。三效蒸發(fā)器是由相互串聯(lián)的三個(gè)蒸發(fā)器組成，低溫（90℃左右）加熱蒸氣被引入第一效，加熱其中的廢液，產(chǎn)生的蒸氣被引入第二效作為加熱蒸氣，使第二效的廢液以比第一效更低的溫度蒸發(fā)，這個(gè)過(guò)程一直重復(fù)到最后一效。第一效凝水返回?zé)嵩刺?，其它各效凝水匯集后作為淡化水輸出，一份的蒸氣投入，可以蒸發(fā)出多倍的水出來(lái)。同時(shí)，高鹽廢水經(jīng)過(guò)由第一效到最末效的依次濃縮，在最末效達(dá)到過(guò)飽和而結(jié)晶析出，由此實(shí)現(xiàn)鹽分與廢水的固液分離。

在含鹽廢水的處理過(guò)程中，含鹽廢水進(jìn)入三效濃縮結(jié)晶裝置，經(jīng)過(guò)三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結(jié)晶過(guò)程，分離為淡化水（淡化水可能含有微量低沸點(diǎn)有機(jī)物）和濃縮晶漿廢液；無(wú)機(jī)鹽和部分有機(jī)物可結(jié)晶分離出來(lái)，焚燒處理為無(wú)機(jī)鹽廢渣；不能結(jié)晶的有機(jī)物濃縮廢液可采用滾筒蒸發(fā)器，形成固態(tài)廢渣，焚燒處理；淡化水可返回生產(chǎn)系統(tǒng)替代軟化水加以利用。

三效蒸發(fā)器脫鹽法具有技術(shù)成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處理速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的高含鹽廢水需要處理，三效蒸發(fā)器脫鹽法的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

3 三效蒸發(fā)器

3.1 三效蒸發(fā)器應(yīng)用范圍

三效蒸發(fā)器可應(yīng)用于處理化工生產(chǎn)、食品加工廠、醫(yī)藥生產(chǎn)、石油和天然氣采集加工等企業(yè)在工藝生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高含鹽廢水，適宜處理的廢水含鹽量為3.5%～25%（質(zhì)量百分比），COD濃度為2000～10,000ppm。

3.2 三效蒸發(fā)器組成及原理

三效蒸發(fā)器主要由相互串聯(lián)的三組蒸發(fā)器、冷凝器、鹽分離器和輔助設(shè)備等組成（如圖所示）。

三組蒸發(fā)器以串聯(lián)的形式運(yùn)行，組成三效蒸發(fā)器。整套蒸發(fā)系統(tǒng)采用連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料的生產(chǎn)方式。高含鹽廢水首先進(jìn)入一效強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶蒸發(fā)器，結(jié)晶蒸發(fā)器配有循環(huán)泵，將廢水打入蒸發(fā)換熱室，在蒸發(fā)換熱室內(nèi)，外接蒸氣液化產(chǎn)生汽化潛熱，對(duì)廢水進(jìn)行加熱。由于蒸發(fā)換熱室內(nèi)壓力較大，廢水在蒸發(fā)換熱室中在高于正常液體沸點(diǎn)壓力下加熱至過(guò)熱。加熱后的液體進(jìn)入結(jié)晶蒸發(fā)室后，廢水的壓力迅速下降導(dǎo)致部分廢水閃蒸，或迅速沸騰。廢水蒸發(fā)后的蒸氣進(jìn)入二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器作為動(dòng)力蒸氣對(duì)二效蒸發(fā)器進(jìn)行加熱，未蒸發(fā)廢水和鹽分暫存在結(jié)晶蒸發(fā)室。一效、二效、三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器之間通過(guò)平衡管相通，在負(fù)壓的作用下，高含鹽廢水由一效向二效、三效依次流動(dòng)，廢水不斷地被蒸發(fā)，廢水中鹽的濃度越來(lái)越高，當(dāng)廢水中的鹽分超過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，水中鹽分就會(huì)不斷地析出，進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶室的下部的集鹽室。吸鹽泵不斷將含鹽的廢水送至旋渦鹽分離器，在旋渦鹽分離器內(nèi)，固態(tài)的鹽被分離進(jìn)入儲(chǔ)鹽池，分離后的廢水進(jìn)入二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器加熱，整個(gè)過(guò)程周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)水與鹽的最終分離。

冷凝器連接有真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)抽掉蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的未冷凝氣體，使冷凝器和蒸發(fā)器保持負(fù)壓狀態(tài)，提高蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率。在負(fù)壓的作用下，三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器中的廢水產(chǎn)生的二次蒸氣自動(dòng)進(jìn)入冷凝器，在循環(huán)冷卻水的冷卻下，廢水產(chǎn)生的二次蒸氣迅速轉(zhuǎn)變成冷凝水。冷凝水可采用連續(xù)出水的方式，回收至回用水池。

三效蒸發(fā)器工藝流程圖

4 三效蒸發(fā)器應(yīng)用實(shí)例

4.1 處理對(duì)象及處理工藝

高含鹽廢水的主要成分為15%氯化鈉溶液，廢水pH值為6～8，廢水COD為50,000ppm。處理量為3t/h。

根據(jù)高含鹽廢水的特性，工藝設(shè)計(jì)按照三效蒸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算，確定的三效蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)如下：

蒸發(fā)量Q=3000kg/h（每小時(shí)蒸發(fā)水分3000kg）；實(shí)際蒸氣耗量Q=1200kg/h（進(jìn)氣壓力0.3～0.4MPa）；一效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.03MPa；二效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.06MPa；三效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.085MPa；循環(huán)冷卻水耗量Q=40t/h；冷凝冷卻面積A=240m2；機(jī)組總功率P=25kW；機(jī)組占地面積為長(zhǎng)10m×寬5m×高4m。

根據(jù)工藝，充分考慮廢水對(duì)設(shè)備的腐蝕性，且本著在滿足使用性的前提下盡量節(jié)約成本的原則，系統(tǒng)設(shè)備選材如下：

1）蒸發(fā)器本體選擇碳鋼重防腐，可耐120℃以內(nèi)酸、堿、鹽溶液的腐蝕；2）加熱器選擇Ta1鈦管；3）冷凝冷卻器列管選用316L不銹鋼；4）出料螺桿泵選用316L不銹鋼材質(zhì)；5）回收水罐及閃蒸罐選用碳鋼噴涂防腐涂料；6）工藝管道、管件、閥門選用316L不銹鋼+PPR材質(zhì)；7）結(jié)晶罐選用碳鋼重防腐。

4.2 處理結(jié)果及存在的問(wèn)題

高含鹽廢水經(jīng)三效蒸發(fā)器處理后，產(chǎn)生了結(jié)晶鹽、有機(jī)物濃縮廢液和淡化水，結(jié)晶鹽和有機(jī)物濃縮廢液送到危險(xiǎn)廢物處置中心集中焚燒處置，淡化水回用到生產(chǎn)中進(jìn)一步利用。

通過(guò)本系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，盡管三效蒸發(fā)器可以有效處理高含鹽廢水，但是還存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步克服，主要表現(xiàn)在：

（1）廢水處理成本高。由于被處理的廢水多有腐蝕性，所以設(shè)備的選材需要考慮抗腐蝕性，成本較高。

（2）整套設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中腐蝕嚴(yán)重，壽命短。在三效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)中，雖然盡量選用抗腐蝕的材料，但是并不能避免腐蝕，尚存在設(shè)備使用壽命較短的問(wèn)題，需要及時(shí)更換。

（3）三效蒸發(fā)器處理高含鹽廢水需要大量的蒸氣，很多地方不具備條件。

（4）通過(guò)三效蒸發(fā)器處理后的高含鹽廢水還需要送人危險(xiǎn)廢物處置中心做進(jìn)一步處理。

5 結(jié)論

高含鹽廢水必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后才能回歸環(huán)境。實(shí)踐證明，傳統(tǒng)的廢水處理方法并不適宜處理高含鹽廢水。在眾多的高含鹽廢水處理技術(shù)中，三效蒸發(fā)器脫鹽法具有技術(shù)成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處理速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有較大的發(fā)展前景。雖然，三效蒸發(fā)器存在著處理成本高、設(shè)備使用壽命短、需要蒸氣量大等缺點(diǎn)，但是隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)在高含鹽廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

[1]劉梅華.高含鹽量濃廢水處理的探討[J].化工安全與環(huán)境，2007，886（24）：22-23.

[2]唐受印，戴友芝.水處理工程師手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000，4：364-380.

[3]北京市環(huán)境科學(xué)研究院，等.三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)（廢水卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000，10：530-539.

[4]鄭賢助，謝敏，戴艷.高濃度含鹽化工廢水蒸發(fā)脫鹽回收處理的試驗(yàn)研究[J].污染防治技術(shù)，2009，22（4）：5-7.

[5]馬靜穎.高濃度含鹽有機(jī)廢液焚燒技術(shù)[J].能源工程，2005（1）.

Application of Three-step Evaporator in the Treatment of High Salinity Wastewater

ZHANG Shao-kun
(Beijing Machinery ＆ Electricity Institute Co., Ltd, Beijing 100027, China)

The paper introduces the desalt process of three-step evaporator. It shows several advantages, such as mature technology, all kinds of wastewater treatment, high speed disposal and energy saving, but it sees shortcomings, such as high costs for disposal, short life in use and great demands of steam.

high salinity wastewater; evaporator; SBR technology

X703

A

1006-5377（2011）11-0037-04