三效蒸發(fā)器應用于高含鹽廢水處理

1 緒論

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(zhì)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(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(chǎng)、 制藥廠(chǎng)、化工廠(chǎng)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(wú)機鹽， 如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機物 廢水，若未經(jīng)處理直接排放，勢必會(huì )對水體生物、生活 飲用水和工農業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生極大危害。該類(lèi)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]。

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)，國內外已經(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 應用范圍廣、適應性強等特點(diǎn)[2]�；�工廢水如染料、農 藥、醫藥中間體等含鹽量較高的廢水，污染嚴重，必須 經(jīng)過(guò)處理才能排放。況且，此類(lèi)廢水成分復雜，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)機鹽類(lèi)在微生物生長(cháng)過(guò)程中起著(zhù)促 進(jìn)酶反應，維持膜平衡和調節滲透壓的重要作用，但鹽 濃度過(guò)高，會(huì )對微生物的生長(cháng)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，使微生物細胞脫水引 起細胞原生質(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(jìn)行稀釋?zhuān)�通�?在低鹽濃度下（鹽濃度小于1%）運行，因而會(huì )造成水資源的浪費，同時(shí)由于處理設施龐大也會(huì )造成投資增加、 運行費用提高。隨著(zhù)水資源的日趨緊張，國家出臺的保 護水資源的各項法規和收費措施，給高含鹽廢水處理的 企業(yè)帶來(lái)了負擔。

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(chēng)，是一種按間 歇曝氣方式來(lái)運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱(chēng)序批 式活性污泥法。與傳統污水處理工藝不同，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 定生化反應替代穩態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統 的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操 作[3]。SBR技術(shù)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(wú)污泥回流系統。 SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）池內厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好；

（2）運行效果穩定，污水在理想的靜止狀態(tài)下沉 淀，需要時(shí)間短、效率高，出水水質(zhì)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(guò)程中的各工序可根據水質(zhì)、水量進(jìn)行 調整，運行靈活；

（5）處理設備少，構造簡(jiǎn)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法系統本身也適合于組合式構造方法，利 于污廢水處理廠(chǎng)的擴建和改造；

（8）通過(guò)適當控制運行方式，實(shí)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(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，對廢水處理系統的硝 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）多數高含鹽廢水中含有有害有機物等其他雜 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(zhì)析出創(chuàng )造條件[4]。三效蒸發(fā)器脫鹽法是利用濃縮 結晶系統將廢液中的無(wú)機鹽通過(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 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(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，在最末效達到過(guò)飽和而結晶析出，由此實(shí)現 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 結晶裝置，經(jīng)過(guò)三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結晶過(guò)程，分離為 淡化水（淡化水可能含有微量低沸點(diǎn)有機物）和濃縮晶 漿廢液；無(wú)機鹽和部分有機物可結晶分離出來(lái)，焚燒處 理為無(wú)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(chǎn)系統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、節能等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)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)器脫鹽法的應用將越來(lái)越廣泛。

3 三效蒸發(fā)器

3.1 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(chǎn)、食品加工廠(chǎng)、 醫藥生產(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、鹽分離器和輔助設備等組成（如圖所示）。 三組蒸發(fā)器以串聯(lián)的形式運行，組成三效蒸發(fā)器。 整套蒸發(fā)系統采用連續進(jìn)料、連續出料的生產(chǎn)方式。高 含鹽廢水首先進(jìn)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(chǎn)生汽化潛熱，對廢水進(jìn)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(diǎn)壓力下加熱至過(guò)熱。加熱后的液體進(jìn)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(jìn)入二效強制循環(huán)蒸發(fā) 器作為動(dòng)力蒸氣對二效蒸發(fā)器進(jìn)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(guò)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(dòng)，廢水不斷地被蒸發(fā)， 廢水中鹽的濃度越來(lái)越高，當廢水中的鹽分超過(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(jìn)入儲鹽池， 分離后的廢水進(jìn)入二效強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱，整個(gè)過(guò)程 周而復始，實(shí)現水與鹽的最終分離。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

冷凝器連接有真空系統，真空系統抽掉蒸發(fā)系統內 產(chǎn)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(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變 成冷凝水。冷凝水可采用連續出水的方式，回收至回用 水池。

三效蒸發(fā)器工藝流程圖

4 三效蒸發(fā)器應用實(shí)例

4.1 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(jìn)行設計，根據計算，確定的三效蒸發(fā)器的主要技術(shù)參 數如下：

蒸發(fā)量Q=30 0 0kg / h（每小時(shí)蒸發(fā)水分30 0 0kg）； 實(shí)際蒸氣耗量Q=120 0kg/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；機組總 功率P=25kW；機組占地面積為長(cháng)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(zhù) 在滿(mǎn)足使用性的前提下盡量節約成本的原則，系統設備 選材如下：

1）蒸發(fā)器本體選擇碳鋼重防腐，可耐120℃以?xún)?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(mén)選用316L不銹鋼 +PPR材質(zhì)；7）結晶罐選用碳鋼重防腐。

4.2 處理結果及存在的問(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(chǎn) 中進(jìn)一步利用。

通過(guò)本系統的運行發(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(wèn)題需要進(jìn)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(guò)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(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 人危險廢物處置中心做進(jìn)一步處理。

5 結論

高含鹽廢水必須經(jīng)過(guò)適當處理后才能回歸環(huán)境。實(shí)踐證明，傳統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、節能等優(yōu)點(diǎn)，在國內具有較大的發(fā)展前景。 雖然，三效蒸發(fā)器存在著(zhù)處理成本高、設備使用壽命 短、需要蒸氣量大等缺點(diǎn)，但是隨著(zhù)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)域中的應用會(huì )進(jìn)一步 擴大。(谷騰水網(wǎng))

參考文獻：

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