三效蒸發(fā)器應用于高含鹽廢水處理

三效蒸發(fā)器應用于高含鹽廢水處理

江蘇穹宇機械：

高含鹽廢水是指含至少總溶解固體TDS（Total Dissolved Solid）和有機物的質量分數大于等于3.5%的廢水，包括高鹽生活廢水和高鹽工業(yè)廢水。主要來源于直接利用海水的工業(yè)生產、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污染物外，還含有大量的無機鹽，如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機物廢水，若未經處理直接排放，勢必會對水體生物、生活飲用水和工農業(yè)生產用水產生極大危害。

該類濃廢水的共同特點是：不能簡單地用生化處理，且物化處理過程較復雜，處理費用較高，是污水處理行業(yè)公認的高難度處理廢水。

1 高含鹽廢水處理技術

關于高含鹽廢水的處理技術，國內外已經研究了幾十年，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。

1 生物法

生物處理是目前廢水處理最常用的方法之一，具有應用范圍廣、適應性強等特點?；U水如染料、農藥、醫(yī)藥中間體等含鹽量較高的廢水，污染嚴重，必須經過處理才能排放。

況且，此類廢水成分復雜，不具備回收價值，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。

無機鹽類在微生物生長過程中起著促進酶反應，維持膜平衡和調節(jié)滲透壓的重要作用，但鹽濃度過高，會對微生物的生長產生抑制作用，主要原因在于：

（1）鹽濃度過高時滲透壓高，使微生物細胞脫水引起細胞原生質分離；

（2）高含鹽情況下因鹽析作用而使脫氫酶活性降低；

（3）高氯離子濃度對細菌有毒害作用；

（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行稀釋，通常在低鹽濃度下（鹽濃度小于1%）運行，因而會造成水資源的浪費，同時由于處理設施龐大也會造成投資增加、運行費用提高。隨著水資源的日趨緊張，國家出臺的保護水資源的各項法規(guī)和收費措施，給高含鹽廢水處理的企業(yè)帶來了負擔。

2 SBR工藝

SBR是序批間歇式活性污泥法的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作。SBR技術的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。

SBR工藝的優(yōu)點主要有：

（1）池內厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好；

（2）運行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止狀態(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質好；

（3）耐沖擊負荷，池內有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用；

（4）工藝過程中的各工序可根據水質、水量進行調整，運行靈活；

（5）處理設備少，構造簡單，便于操作和維護管理；

（6）反應池內存在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造方法，利于污廢水處理廠的擴建和改造；

（8）通過適當控制運行方式，實現好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果；

（9）工藝流程簡單、造價低。

盡管SBR工藝在廢水處理工程中有如此多的優(yōu)點，但是對于高含鹽廢水的處理還存在一些難點，需要進一步克服。

主要難點有：

（1）廢水中含鹽量的增加，對廢水處理系統(tǒng)的硝化能力影響較大；

（2）廢水中含鹽量較多時，浮力較大，不容易沉淀；

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

（4）SBR工藝自動化要求程度高；

（5）后處理設備要求較多，如消毒設備、接觸池容積，以及排水設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，或為溶質析出創(chuàng)造條件。三效蒸發(fā)器脫鹽法是利用濃縮結晶系統(tǒng)將廢液中的無機鹽通過蒸發(fā)的方式加以去除的方法。

三效蒸發(fā)器是由相互串聯的三個蒸發(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)，這個過程一直重復到最后一效。第一效凝水返回熱源處，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。

同時，高鹽廢水經過由第一效到最末效的依次濃縮，在最末效達到過飽和而結晶析出，由此實現鹽分與廢水的固液分離。

在含鹽廢水的處理過程中，含鹽廢水進入三效濃縮結晶裝置，經過三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結晶過程，分離為淡化水（淡化水可能含有微量低沸點有機物）和濃縮晶漿廢液；無機鹽和部分有機物可結晶分離出來，焚燒處理為無機鹽廢渣；不能結晶的有機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，隨著化工產業(yè)的發(fā)展，越來越多的高含鹽廢水需要處理，三效蒸發(fā)器脫鹽法的應用將越來越廣泛。

2 三效蒸發(fā)器

1 三效蒸發(fā)器應用范圍

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

2 三效蒸發(fā)器組成及原理

三效蒸發(fā)器主要由相互串聯的三組蒸發(fā)器、冷凝器、鹽分離器和輔助設備等組成（如圖所示）。三組蒸發(fā)器以串聯的形式運行，組成三效蒸發(fā)器。整套蒸發(fā)系統(tǒng)采用連續(xù)進料、連續(xù)出料的生產方式。

高含鹽廢水首先進入一效強制循環(huán)結晶蒸發(fā)器，結晶蒸發(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，外接蒸氣液化產生汽化潛熱，對廢水進行加熱。由于蒸發(fā)換熱室內壓力較大，廢水在蒸發(fā)換熱室中在高于正常液體沸點壓力下加熱至過熱。

加熱后的液體進入結晶蒸發(fā)室后，廢水的壓力迅速下降導致部分廢水閃蒸，或迅速沸騰。

廢水蒸發(fā)后的蒸氣進入二效強制循環(huán)蒸發(fā)器作為動力蒸氣對二效蒸發(fā)器進行加熱，未蒸發(fā)廢水和鹽分暫存在結晶蒸發(fā)室。

一效、二效、三效強制循環(huán)蒸發(fā)器之間通過平衡管相通，在負壓的作用下，高含鹽廢水由一效向二效、三效依次流動，廢水不斷地被蒸發(fā)，廢水中鹽的濃度越來越高，當廢水中的鹽分超過飽和狀態(tài)時，水中鹽分就會不斷地析出，進入蒸發(fā)結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，固態(tài)的鹽被分離進入儲鹽池，分離后的廢水進入二效強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱，整個過程周而復始，實現水與鹽的最終分離。

冷凝器連接有真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)抽掉蒸發(fā)系統(tǒng)內產生的未冷凝氣體，使冷凝器和蒸發(fā)器保持負壓狀態(tài)，提高蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率。在負壓的作用下，三效強制循環(huán)蒸發(fā)器中的廢水產生的二次蒸氣自動進入冷凝器，在循環(huán)冷卻水的冷卻下，廢水產生的二次蒸氣迅速轉變成冷凝水。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

3 三效蒸發(fā)器應用實例

1 處理對象及處理工藝

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。根據高含鹽廢水的特性，工藝設計按照三效蒸發(fā)器進行設計，根據計算，確定的三效蒸發(fā)器的主要技術參數如下：

蒸發(fā)量Q=3000kg/h（每小時蒸發(fā)水分3000kg）；實際蒸氣耗量Q=120 0kg/h（進氣壓力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；機組總功率P=25kW；機組占地面積為長10m×寬5m×高4m。根據工藝，充分考慮廢水對設備的腐蝕性，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)設備選材如下：

1）蒸發(fā)器本體選擇碳鋼重防腐，可耐120℃以內酸、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；

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；

7）結晶罐選用碳鋼重防腐。

2 處理結果及存在的問題

高含鹽廢水經三效蒸發(fā)器處理后，產生了結晶鹽、有機物濃縮廢液和淡化水，結晶鹽和有機物濃縮廢液送到危險廢物處置中心集中焚燒處置，淡化水回用到生產中進一步利用。

通過本系統(tǒng)的運行發(fā)現，盡管三效蒸發(fā)器可以有效處理高含鹽廢水，但是還存在一些問題需要進一步克服，主要表現在：

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

（2）整套設備運行過程中腐蝕嚴重，壽命短。在三效蒸發(fā)器的設計中，雖然盡量選用抗腐蝕的材料，但是并不能避免腐蝕，尚存在設備使用壽命較短的問題，需要及時更換。

（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）通過三效蒸發(fā)器處理后的高含鹽廢水還需要送人危險廢物處置中心做進一步處理。

4 結論

高含鹽廢水必須經過適當處理后才能回歸環(huán)境。實踐證明，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中，三效蒸發(fā)器脫鹽法具有技術成熟、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，在國內具有較大的發(fā)展前景。雖然，三效蒸發(fā)器存在著處理成本高、設備使用壽命短、需要蒸氣量大等缺點，但是隨著技術的進一步發(fā)展，該技術在高含鹽廢水處理領域中的應用會進一步擴大。(谷騰水網)