三效蒸发器在高含盐废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 蒸发器

篇首语：山高有攀头，路远有奔头。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了三效蒸发器在高含盐废水处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1绪论
高含盐废水是指含至少总溶解固体TDS（TotalDissolvedSolid）和有机物的质量分数大于等于3.5%的废水，包括高盐生活废水和高盐工业废水。主要来源于直接利用海水的工业生产、生活污水和食品加工厂、制药厂、化工厂及石油和天然气的采集加工等。这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等离子。这些高盐、高有机物废水，若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大危害。该类浓废水的共同特点是：不能简单地用生化处理，且物化处理过程较复杂，处理费用较高，是污水处理行业公认的高难度处理废水[1]。
2高含盐废水处理技术
关于高含盐废水的处理技术，国内外已经研究了几十年，目前通常采用的方法主要包括：生物法、SBR工艺法和三效蒸发器脱盐法等。
2.1生物法
生物处理是目前废水处理最常用的方法之一，具有应用范围广、适应性强等特点[2]。化工废水如染料、农药、医药中间体等含盐量较高的废水，污染严重，必须经过处理才能排放。况且，此类废水成分复杂，不具备回收价值，采用其他处理方法成本较高，因此生物处理仍是首选的方法。无机盐类在微生物生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的重要作用，但盐浓度过高，会对微生物的生长产生抑制作用，主要原因在于：
（1）盐浓度过高时渗透压高，使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离；
（2）高含盐情况下因盐析作用而使脱氢酶活性降低；
（3）高氯离子浓度对细菌有毒害作用；
（4）由于污水的密度增加，活性污泥容易上浮流失。
为此，高含盐废水的生物处理需要进行稀释，通常在低盐浓度下（盐浓度小于1%）运行，因而会造成水资源的浪费，同时由于处理设施庞大也会造成投资增加、运行费用提高。随着水资源的日趋紧张，国家出台的保护水资源的各项法规和收费措施，给高含盐废水处理的企业带来了负担。
2.2SBR工艺
SBR是序批间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作[3]。SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。SBR工艺的优点主要有：
（1）池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用；
（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；
（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；
（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，能有效控制活性污泥膨胀；
（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于污废水处理厂的扩建和改造；
（8）通过适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；
（9）工艺流程简单、造价低。
尽管SBR工艺在废水处理工程中有如此多的优点，但是对于高含盐废水的处理还存在一些难点，需要进一步克服。主要难点有：
（1）废水中含盐量的增加，对废水处理系统的硝化能力影响较大；
（2）废水中含盐量较多时，浮力较大，不容易沉淀；
（3）多数高含盐废水中含有有害有机物等其他杂质，不能通过SBR工艺加以去除；
（4）SBR工艺自动化要求程度高；
（5）后处理设备要求较多，如消毒设备、接触池容积，以及排水设施如排水管道等都要求很高。
2.3三效蒸发器脱盐法
蒸发是现代化工单元操作之一，即用加热的方法使溶液中的部分溶剂汽化并去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析出创造条件[4]。三效蒸发器脱盐法是利用浓缩结晶系统将废液中的无机盐通过蒸发的方式加以去除的方法。三效蒸发器是由相互串联的三个蒸发器组成，低温（90℃左右）加热蒸气被引入第一效，加热其中的废液，产生的蒸气被引入第二效作为加热蒸气，使第二效的废液以比第一效更低的温度蒸发，这个过程一直重复到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇集后作为淡化水输出，一份的蒸气投入，可以蒸发出多倍的水出来。同时，高盐废水经过由第一效到最末效的依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出，由此实现盐分与废水的固液分离。
在含盐废水的处理过程中，含盐废水进入三效浓缩结晶装置，经过三效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水（淡化水可能含有微量低沸点有机物）和浓缩晶浆废液；无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处理为无机盐废渣；不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理；淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用。
三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，随着化工产业的发展，越来越多的高含盐废水需要处理，三效蒸发器脱盐法的应用将越来越广泛。
3三效蒸发器
3.1三效蒸发器应用范围
三效蒸发器可应用于处理化工生产、食品加工厂、医药生产、石油和天然气采集加工等企业在工艺生产过程中产生的高含盐废水，适宜处理的废水含盐量为3.5%～25%（质量百分比），COD浓度为2000～10,000ppm。
3.2三效蒸发器组成及原理
三效蒸发器主要由相互串联的三组蒸发器、冷凝器、盐分离器和辅助设备等组成（如图所示）。三组蒸发器以串联的形式运行，组成三效蒸发器。整套蒸发系统采用连续进料、连续出料的生产方式。高含盐废水首先进入一效强制循环结晶蒸发器，结晶蒸发器配有循环泵，将废水打入蒸发换热室，在蒸发换热室内，外接蒸气液化产生汽化潜热，对废水进行加热。由于蒸发换热室内压力较大，废水在蒸发换热室中在高于正常液体沸点压力下加热至过热。加热后的液体进入结晶蒸发室后，废水的压力迅速下降导致部分废水闪蒸，或迅速沸腾。废水蒸发后的蒸气进入二效强制循环蒸发器作为动力蒸气对二效蒸发器进行加热，未蒸发废水和盐分暂存在结晶蒸发室。一效、二效、三效强制循环蒸发器之间通过平衡管相通，在负压的作用下，高含盐废水由一效向二效、三效依次流动，废水不断地被蒸发，废水中盐的浓度越来越高，当废水中的盐分超过饱和状态时，水中盐分就会不断地析出，进入蒸发结晶室的下部的集盐室。吸盐泵不断将含盐的废水送至旋涡盐分离器，在旋涡盐分离器内，固态的盐被分离进入储盐池，分离后的废水进入二效强制循环蒸发器加热，整个过程周而复始，实现水与盐的最终分离。
冷凝器连接有真空系统，真空系统抽掉蒸发系统内产生的未冷凝气体，使冷凝器和蒸发器保持负压状态，提高蒸发系统的蒸发效率。在负压的作用下，三效强制循环蒸发器中的废水产生的二次蒸气自动进入冷凝器，在循环冷却水的冷却下，废水产生的二次蒸气迅速转变成冷凝水。冷凝水可采用连续出水的方式，回收至回用水池。
4三效蒸发器应用实例
4.1处理对象及处理工艺
高含盐废水的主要成分为15%氯化钠溶液，废水pH值为6～8，废水COD为50,000ppm。处理量为3t/h。根据高含盐废水的特性，工艺设计按照三效蒸发器进行设计，根据计算，确定的三效蒸发器的主要技术参数如下：
蒸发量Q=3000kg/h（每小时蒸发水分3000kg）；实际蒸气耗量Q=1200kg/h（进气压力0.3～0.4MPa）；一效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.03MPa；二效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.06MPa；三效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.085MPa；循环冷却水耗量Q=40t/h；冷凝冷却面积A=240m2；机组总功率P=25kW；机组占地面积为长10m×宽5m×高4m。根据工艺，充分考虑废水对设备的腐蚀性，且本着在满足使用性的前提下尽量节约成本的原则，系统设备选材如下：
1）蒸发器本体选择碳钢重防腐，可耐120℃以内酸、碱、盐溶液的腐蚀；2）加热器选择Ta1钛管；3）冷凝冷却器列管选用316L不锈钢；4）出料螺杆泵选用316L不锈钢材质；5）回收水罐及闪蒸罐选用碳钢喷涂防腐涂料；6）工艺管道、管件、阀门选用316L不锈钢+PPR材质；7）结晶罐选用碳钢重防腐。
4.2处理结果及存在的问题
高含盐废水经三效蒸发器处理后，产生了结晶盐、有机物浓缩废液和淡化水，结晶盐和有机物浓缩废液送到危险废物处置中心集中焚烧处置，淡化水回用到生产中进一步利用。
通过本系统的运行发现，尽管三效蒸发器可以有效处理高含盐废水，但是还存在一些问题需要进一步克服，主要表现在：
（1）废水处理成本高。由于被处理的废水多有腐蚀性，所以设备的选材需要考虑抗腐蚀性，成本较高。
（2）整套设备运行过程中腐蚀严重，寿命短。在三效蒸发器的设计中，虽然尽量选用抗腐蚀的材料，但是并不能避免腐蚀，尚存在设备使用寿命较短的问题，需要及时更换。
（3）三效蒸发器处理高含盐废水需要大量的蒸气，很多地方不具备条件。
（4）通过三效蒸发器处理后的高含盐废水还需要送人危险废物处置中心做进一步处理。
5结论
高含盐废水必须经过适当处理后才能回归环境。实践证明，传统的废水处理方法并不适宜处理高含盐废水。在众多的高含盐废水处理技术中，三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，在国内具有较大的发展前景。虽然，三效蒸发器存在着处理成本高、设备使用寿命短、需要蒸气量大等缺点，但是随着技术的进一步发展，该技术在高含盐废水处理领域中的应用会进一步扩大。
参考文献：
[1]刘梅华.高含盐量浓废水处理的探讨[J].化工安全与环境，2007，886（24）：22-23.
[2]唐受印，戴友芝.水处理工程师手册[M].北京：化学工业出版社，2000，4：364-380.
[3]北京市环境科学研究院，等.三废处理工程技术手册（废水卷）[M].北京：化学工业出版社，2000，10：530-539.
[4]郑贤助，谢敏，戴艳.高浓度含盐化工废水蒸发脱盐回收处理的试验研究[J].污染防治技术，2009，22（4）：5-7.
[5]马静颖.高浓度含盐有机废液焚烧技术[J].能源工程，2005（1）