煤化工污水蒸發濃縮特性研究

李卓坪　楊魯偉　張振濤

（科盛環?？萍脊煞萦邢薰窘K南京211500）

煤化工污水蒸發濃縮特性研究

李卓坪楊魯偉張振濤

（科盛環?？萍脊煞萦邢薰窘K南京211500）

采用模擬蒸發濃縮分離裝置對煤化工分滲透濃水進行實驗，掌握了其溶液沸點溫升、蒸發體積濃縮比極限、蒸發濃縮過程現象等，為后續廢水處理與系統設計可以提供有效參考；證明MVR蒸發對煤化工反滲透濃水具有較好的實用性和使用前景。

煤化工；反滲透濃水；蒸發濃縮特性；沸點升

含鹽廢水處理是中國煤化工可持續發展亟待解決的問題，其中反滲透濃水的濃縮是解決該問題的瓶頸［1］。煤化工項目產生的含鹽廢水主要來源于企業的循環水排污水、脫鹽水站反滲透排濃鹽水等［2］。反滲透法以其能耗低，無污染，適應性強，便于操作，運行費用低，在含鹽廢水處理方面占據越來越重要的地位，但是反滲透法的產水率一般只有75%，仍會產生約25%的反滲透濃水［3］。國家政策要求煤化工企業實行“零排放”不允許外排污水，國內企業對反滲透濃水基本都采用了單效蒸發、多效蒸發設備，存在運行能耗高、污染大的問題；由于廢水水質和廢水處理工藝流程的特殊性，新型蒸汽再壓縮熱泵系統（MVR）在廢水處理領域應用前存在諸多疑問，比如系統處理后是否達到排放標準、是否與后續處理單元承接等?；谝陨媳尘?，本文通過如下工作，為能促使高熱效率、低能耗的蒸汽再壓縮熱泵系統在廢水處理領域的推廣應用提供可靠依據。

1　實驗裝置與方法

圖1　廢水蒸發濃縮分離特性實驗研究裝置

1.1實驗裝置

以河南龍宇煤化工廢水反滲透濃水為實驗對象，在不同蒸發壓力、蒸發溫度和pH值等參數下，對廢水蒸發濃縮分離工藝進行了小型實驗研究，其蒸發實驗裝置如圖1所示，包括五部分：旋轉蒸發器、真空泵、真空度調節裝置、低溫恒溫槽，測試裝置。

1.2實驗方法

廢水蒸發濃縮分離具體實驗過程如下：（1）攪拌與消泡利用電動機械攪拌器（量大）或磁力攪拌器（量小）對所收廢水水樣進行攪拌，消除廢水不均勻性、觀察廢水起泡特性。起泡量大嚴重影響廢水均勻性時，加入微量（1 mL～2mL）適用消泡劑（二甲基硅氧烷，某些場合需要乙基、羥基、苯基等硅氧烷）進行消泡處理。（2）酸堿度pH調節錐形瓶中取20mL廢水水樣，利用稀硫酸、氫氧化鈉溶液，根據實驗工況要求，選取滴定臺中適用滴定管，對廢水水樣進行酸堿滴定，其酸堿度pH由玻璃電極pH計測量。并根據滴定體積比例，對廢水水樣進行pH調節。（3）廢水蒸發濃縮分離設定實驗參數：油浴加熱溫度、攪拌旋轉速度于旋轉蒸發儀控制面板設定與顯示；冷卻水溫度由設定恒溫水箱供水溫度完成；真空度由水環式真空泵開關與閥門開度調整，從真空度表讀數；開啟溫度自動采集，校準溫度傳感器；加裝定量原液到蒸發瓶；液體體積占瓶內體積1/3～1/2之內；調整溫度傳感器方位，保證蒸汽溫度與溶液溫度測定；（4）實驗步驟：開啟低溫恒溫槽，提供冷卻水；開啟攪拌旋轉、油浴加熱、通風；觀察蒸汽溫度，適時開啟真空泵，調節截止閥開度，控制系統真空度；觀察冷凝液體積，定增量記錄時間節點；觀察蒸發瓶內現象，根據預期要求確定蒸發極限；收集冷凝液、濃縮液，待測；按順序分別停止自動采集、真空泵、加熱、攪拌旋轉、冷卻水、通風。

1.3數據處理

根據實時采集蒸汽溫度、溶液溫度和冷凝液體積數據，分別利用式（1）、（2）計算出不同蒸發濃縮比時的沸點升高；

（1）式中，ts為溶液溫度；tv為蒸汽溫度；△T為沸點升高。

1.4實驗分析方法

COD：重鉻酸鉀氧化法；TDS：重量法；pH：便攜式pH 330i測定儀；電導率：DDBJ-350電導率測定儀；粘度：旋轉式粘度計；硬度：EDTA滴定法。

2　實驗結果與討論

圖2　反滲透濃水不同蒸發溫度沸點升高隨蒸發濃縮比變化規律

圖3　反滲透濃水不同pH沸點升高隨蒸發濃縮比變化規律

據圖2所示，當蒸發溫度60℃時，沸點升高從初始的1.6持續增加到5.0℃，當蒸發濃縮比達到70.0%，即TDS為395.6g/L時，結晶開始析出，其沸點升高持續增加，直到無明顯蒸發，其沸點升高最高達到7.5℃；蒸發溫度80℃時，沸點升高從初始的2.2持續增加到6.3℃，當蒸發濃縮比達到70.0%，即TDS為395.6g/L時，結晶開始析出，其沸點升高持續增加，直到無明顯蒸發，其沸點升高最高達到8.8℃；與前述規律相同，在蒸發溫度100℃時，沸點升高從2.5增加到7.5℃，在結晶析出后持續增加到9.6℃。此反滲透濃水沸點升高隨蒸發濃縮比的增加而升高，當廢水TDS達到飽和濃度后，鹽分析出；隨著蒸發濃縮分離的推進，其沸點溫升增幅未明顯減小，即因高沸點有機物成分不同，對溶液沸點升高的影響不同。根據圖2和圖3不同蒸發溫度和pH下沸點升高的對比值，此反滲透濃水沸點升高隨蒸發溫度和pH的變化規律符合含鹽高沸點有機溶液沸點升高規律。

表1　反滲透濃水蒸發濃縮分離后理化特性數據

圖4　廢水不同蒸發溫度有機物截留率變化

圖5　廢水不同pH有機物截留率變化

此反滲透濃水經過蒸發濃縮分離后冷凝出水的理化特性數據如表1所示。通過廢水水質特性的檢測，蒸發濃縮分離處理后冷凝液COD去除率在85.08%～97.03%范圍，且冷凝液電導率小于200μS/cm，冷凝液全鹽量測試無結果，及小于100mg/L的檢測極限，達到了廢水去除鹽分的目的。根據圖4和圖5所示，提高實際廢水蒸發溫度、pH，可增加蒸發濃縮分離工藝的有機物截留率，其規律符合含鹽低沸點有機溶液有機物截留率變化規律，即實際廢水中含有的相對少量低沸點有機物時，其蒸發濃縮分離的有機物截留率依然符合高含鹽低沸點有機溶液的有機物截留率變化規律。

3　結語

通過此廢水水樣蒸發濃縮分離實驗，掌握了其溶液沸點溫升、蒸發體積濃縮比極限、蒸發濃縮過程現象等，為廢水處理與系統設計提供有效參考；證明M VR蒸發對煤化工反滲透濃水具有較好的實用性和使用前景。由于時間有限，未實現實驗裝置中蒸發參數的自動控制，未完成對每一種廢水具體成分的定性和定量分析，需要在以后的工作中，完成廢水來源的在線統計，對其成分進行定性描述，并實現實驗室定量分析，為廢水特性研究提供更清晰明確的參數。

［1］蘇艷敏，鄭化安，付東升等.煤化工反滲透濃水濃縮的研究現狀［J］.潔凈煤技術，2014，20（1）：104-109.

［2］栗麗平.淺談含鹽廢水的綜合利用［J］.內蒙古石油化工，2012，5：61-62.

［3］黃開東，李強，汪炎.煤化工廢水“零排放”技術及工程應用現狀分析［J］.工業用水與廢水，2012，43（5）：1-6

李卓坪（1984—），男，河北邯鄲人，碩士，工程師，主要研究方向為水污染控制和生態治理。