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刀塔自走棋新手阵容大全:多效蒸發技術在高濃高鹽廢水處理中的應用

更新時間:2019-03-14 13:30 來源:上海齊國環境科技有限公司 作者: 花蓉蓉 閱讀:2379 網友評論0

1.0 引言

隨著化工、制藥、造紙等行業的發展,高濃度難降解廢水一直是廢水處理的難點。近年來,零排放及污水回用等生產理念的推廣,對污水處理及深度提出進一步要求。傳統的物化、生物處理方法處理高濃度難降解廢水時,處理工藝冗長且復雜。另外,對于高鹽度廢水,因微生物而不能生存而使生物處理法收到限制,或者需要引進大量淡水進行吸收達到微生物可以耐受的限制后,采用生物處理。近幾年來,在高濃度及/或高鹽度廢水處理領域,蒸發技術開始逐漸受到關注,為長久以來困擾著環保工作者的難題找到了一個可探索、證實的答案,并已有一定應用。本文結合筆者工作經驗及相關文獻報道,對蒸發在工業廢水處理的發展及應用做簡要介紹。

采用蒸發技術處理高濃度廢水主要利用水(溶劑)與污染物(溶質)之間的沸點差異,通過控制廢水在一定溫度、氣壓下發生表面或內部的氣化,將溶劑與溶質分離的過程。經過蒸發,沸點高的污染物被留在蒸發殘液中,而低沸點的水將以冷凝液形式排出。根據蒸發的原理,只有當污染物與水沸點差異比較大時,才會有較好的分離效果。否則,污染物會直接蒸發成為冷凝液的一部分,或者與水產生共沸而進入冷凝液,而導致出水COD升高。因此,對于特定廢水需采用合適的冷凝水處理工藝,使污水處理系統出水達到要求。

目前廢水處理中已有應用的蒸發設備有多效蒸發器及機械壓縮蒸發器。結合筆者的工作,本文就多效蒸發加以敘述。

2.0 多效蒸發

2.1 多效蒸發原理

目前蒸發器的種類很多,就其蒸汽利用角度而言,蒸發可分為一效至五效[1,2]。在工業生產中,為了減少加熱蒸汽消耗量,可采用多效蒸發。多效蒸發將多組蒸發器串聯起來,除第一效蒸發采用廠區新鮮蒸汽為熱源,之后的每一效蒸發利用前一級產生的二次蒸汽為熱源進行加熱,因此,多效蒸發明顯降低了加熱蒸汽的消耗量。另外,除最后一效蒸發器,每一級蒸發產生的二次蒸汽在后一級加熱室中作為熱源利用后將成為冷凝水排出,從而大大減少了冷卻水的消耗。

表1多效蒸發的蒸汽及冷卻水消耗[1]

  單效 雙效 三效 四效 五效
蒸汽(kg/kg) 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
冷卻水(kg/kg) 13.5 6.75 4.5 3.88 2.7

由表1看出,隨著多效蒸發級數的增加,處理單位廢水所需的蒸汽量及冷凝水量遞減。然而,隨著蒸發效數的增加公用消耗的減少程度逐漸趨緩,如圖1所示。當蒸發級數大于三效時,新鮮蒸汽及冷卻水用量的減少量明顯降低。

 

在設計多效蒸發器時,不僅需要考慮降低系統能耗,還需考慮設備投資及溫差限制的因素。在廢水處理中,尤其當多效蒸發系統應用于氯離子含量較高的廢水濃縮時,對設備材質的要求會較高。在需要保證一定使用年限的前提下,對于特定廢水蒸發設備甚至需要用到鈦材。因此,在采用考慮設計多效蒸發時,需考慮設備投資的經濟性對蒸發級數的影響。另外,由于裝置總溫差是一定的,各單效的有效溫差比總溫差小很多,從而導致相同總溫差下,多效蒸發的生產力要低于單效蒸發器。

相關文獻表明,在目前廢水處理領域中,三效蒸發應用較多。


 

圖1處理單位廢水蒸汽及冷卻水消耗與蒸發效數的關系

2.2 多效蒸發在廢水處理中的應用

在廢水處理中,多效蒸發被用來濃縮工業廢水回收有價值的成分,或者得到潔凈的冷凝水用以回用。然而在實際應用中,冷凝水中常帶有低沸點組分的有機污染物,為達標排放通常在多效蒸發后設計生化工藝來進一步去除水中的有機物。

2.2.1 用于高鹽廢水預處理

筆者在工作中曾參與高含鹽表面活性劑廢水處理的設計。該廢水水量小,CODcr約5000~6000mg/L,TDS含量高達30000mg/L,很顯然微生物很難在該高鹽環境下正常生長。初步論證后,采用蒸發+生化為主的工藝處理該廢水。蒸發后幾乎所有鹽分將留在蒸發濃液中,而大部分冷凝水排出蒸發系統進一步處理后回用。通過小試發現,廢水蒸發濃縮至10%時,冷凝水中的CODcr降至600~800mg/L,濃液TDS含量約30%。在設計過程中,采用較為經濟、節能的三效蒸發處理原水。蒸發器的一效、二效采用降膜換熱器,獲得較高的換熱效率,而第三效加熱室則采用強制循環換熱器,以克服由被加熱介質高濃度而引起的設備結垢等問題。蒸發系統的冷凝液經換熱后(低于32℃),排入MBR池進一步降解,由于進入冷凝液中的有機物大多為低分子易降解有機物,MBR出水經過NaCl消毒可達到城市雜用水回用標準。另外,為確保進蒸發系統的SS及CODcr控制在一定范圍內以免設備結垢及傳熱效率受到抑制,在蒸發前還設置了混凝/絮凝-板框過濾對蒸發進水進行預處理。系統處理流程如圖2所示。


 

圖2三效蒸發-生化處理高鹽表面活性劑廢水流程

方麗萍等人[4]采用三效蒸發+生化的組合工藝處理甲硝唑工業廢水,出水水質達到《污水綜合排放標準》一級排放標準的要求。該工藝首先采用多效蒸發去除廢水中大部分鹽分和對微生物有毒且難降解的有機物。之后采用氨吹脫去除冷凝水中游離氨,水解酸化+A/O去除有機物。

曹紅等人[9]采用三效蒸發預處理高含鹽且CODcr高達幾十萬的農藥廢水,不僅有效的去除了廢水中的鹽分,還去除了部分有毒難降解CODcr,為后續生化處理奠定基礎。

杭州升藍環保設備科技有限公司[2]在07年就已經將三效蒸發用于高濃度廢水綜合治理。對乙酰氨基酚醫藥生產廢水采用三效蒸發技術處理,CODcr去除去率99.95,CODcr由30g/L降低至0.15g/L,對乙酰氨基酚回收率達98%。含鹽量很高的化工染料及中間體生產廢水采用雙相不銹鋼及SS316L為材質的三效蒸發器進行濃縮處理,鹽分去除率達98%~99%,出水CODcr在1000mg/L以下,為后續處理創造有利條件。多效蒸發用于垃圾滲瀝液處理,出水達到排放標準,而成分復雜、毒性高、含鹽量高的母液則采用水泥或瀝青固化處理。

郗金娥等人[10]利用二效蒸發系統回收醫藥中間體廢水中的鈉鹽。蒸發出的冷凝水經過臭氧預處理后與洗滌廢水、生活污水混合進入厭氧-好氧生化處理系統及后續高級氧化系統,最終出水達標排放。

徐鵬等人[11]采用蒸發-UASB-SBR工藝處理制藥廢水,當進水CODcr、鹽濃度分別為15000~20000mg/L、40~90mg/L,出水達到《化學合成類制藥工業水污染排放標準》的要求。

2.2.2 用于分離、濃縮或回收無機鹽

于永輝等人[3]利用四效蒸發器處理高鹽高硬度稠油廢水,淡水產率為70%時,蒸發器出水總硬度0.1mg/L,SS為1.1mg/L,油含量0.2mg/L,TDS含量20mg/L,達到熱采鍋爐用水水質標準。根據稠油污水特點,在多效蒸發器前設計預處理單元除去污水中的油及懸浮物,防止多效蒸發器和換熱器污染、堵塞。預處理單元依次為斜板氣浮,核桃殼過濾器,砂濾器。

鄭賢助等人[5]采用兩效蒸發回收羧甲基纖維素鈉(CMC)生產廢水中的氯化鈉及羥基乙酸鈉,同時獲得95%的CODcr去除率。鄭等人采用分步蒸發,分別在兩次蒸發中回收氯化鈉及羥基乙酸鈉。第一次對氯化鈉的回收效率達到85%,晶體純度較高;第二次蒸發采用的是第一次蒸發離心后的鹽母液,回收的羥基乙酸鈉可外賣提純。

朱壽川[6]報道了還原-中和-沉淀預處理+四效蒸發工藝處理沉釩廢水,系統出水達到綜合排放標準一級要求。其中,預處理工藝對廢水中六價鉻及五價釩的去處理均達98%以上,蒸發濃縮后的硫酸鹽渣中Na2SO4含量達到70%以上,可作為生產原料。

續京等人[7]對馬鈴薯淀粉廢水進行預處理后,采用四效蒸發回收潔凈的冷凝液用于生產線回用,而母液則作為有機肥處置。

趙斌等人[8]采用三效錯流降膜及蒸汽噴射熱泵的工藝濃縮氯化銨廢水,不僅回收了氯化銨晶體,還從根本上解決了氯化銨工業廢水對環境造成的氨氮污染。該蒸發工藝引進了蒸汽噴射式熱泵,利用高壓生蒸汽將一效蒸發產生的二次蒸汽壓縮后,將低品位的二次蒸汽變為高品位蒸汽對一效蒸發器進行加熱,進一步降低系統能耗。

2.3 多效蒸發系統運行

2.3.1 結垢防治

工業廢水通常成分復雜,對于高濃度有機廢水更是如此。因此,在利用多效蒸發處理高濃度有機廢水時需進行預處理,主要需去除水中懸浮物(SS)及浮油。于永輝等人[3]的研究發現,當多效蒸發進水SS及油含量低于5mg/L時,運行一個半月后換熱管上沒有出現明顯污染,而等于5mg/L時,運行72小時即出現輕微污染。另外,根據水質情況,可以在進入蒸發器前投加一定量的阻垢劑以抑制換熱設備表面污染的形成。

筆者工作中多效蒸發的最后一級換熱器設計為強制循環式換熱器。多效蒸發最后一級換熱器中的液體濃度是最高的,此時溶液晶體容易析出,較易形成垢層。采用強制循環蒸發器,在換熱管表面形成較高的液體流速,以減少晶體沉積的概率。

2.3.2 消泡

一些廢水在蒸發分離室/罐中易起泡而導致蒸發冷凝水中攜帶較多的污染物。當分離室中的泡沫達到一定高度,泡沫中攜帶的重組分有機物或鹽類,易被蒸汽帶出分離室而最終進入冷凝水中。通常對于起泡的廢水投加消泡劑來消除泡沫的影響。然而,筆者實驗過程中發現,對于特定廢水,蒸發過程中投加酸控制分離室中的廢水pH不小于7,可有效控制起泡。

2.3.4 液膜破裂防治

研究發現,降膜換熱器內液膜常發生破裂,尤其已在加熱壁面下部形成趕去并出現結垢(結晶),導致局部溫度急劇上升而過熱或燒毀,從而限制了降膜蒸發器在高鹽有機廢水方面的應用。趙賢廣等人[12]研究了降膜蒸發過程中液膜破裂的規律,并采用50mg/L的表面活性劑2-乙基己醇,有效控制了液膜的破裂。

2.3.5 能耗

為有效降低蒸發能耗,楊洛鵬[13]提出了將水平管低溫多效蒸發技術應用于廢水處理。通過將多效水平管降膜蒸發器和成熟的豎管降膜蒸發器耦合,能夠在混合式廢水蒸發器中實現對熱量的分級利用,廢水蒸發的能耗得到了大幅度降低。多效水平管降膜蒸發器增加了廢水蒸發的投資成本,但在運行費用上具有很大優勢。

3 結論

綜上所述,對于高濃度、高含鹽化工廢水,尤其是含有有毒難降解物質的工業廢水,多效蒸發技術正在污水處理領域逐漸受到關注,并可有效應用于生化難以處理的廢水上,或作為生化預處理,與傳統的高濃度有機廢水長流程處理系統相比有一定優勢。另外,多效蒸發還可以作為濃縮手段,回收廢水中有價值的鹽。

參考文獻:

[1]劉彩娟,王志芳.雙效降膜熱泵順流蒸發在氯化銨廢水中的應用.石油和化工設備,2008.

[2]楊家村.應用高效三效蒸發技術處理高濃度廢水.環境衛生工程,2007.

[3]于永輝,孫承林等.稠油污水低溫多效蒸發深度處理回用熱采鍋爐中試研究.水處理技術,2010.

[4]方麗萍,莫文艷等.多效蒸發-生化組合工藝處理甲硝唑工業廢水.現代化工,2010.

[5]鄭賢助,戴艷等.高濃度含鹽化工廢水蒸發脫鹽回收處理的試驗研究.污染防治技術,2009.

[6]朱壽川.還原—中和+蒸發濃縮工藝處理沉釩廢水的工程應用.工業水處理,2009.

[7]續京,李宏燕等.馬鈴薯淀粉廢水循環利用蒸發設備工藝設計.安徽農業科學,2010.

[8]趙斌,張少峰等.三效錯流降膜真空蒸發低濃度氯化銨廢水工藝.無機鹽工業,2006.

[9]曹紅,郭棟等.三效蒸發-氣?。緗猓嫜酰醚酰炷耘┮┓纖淼難芯?水處理技術,2010.

[10]郗金娥,王建中.蒸發/UASB/生化/高級氧化處理高鹽難生化制藥廢水.水處理技術,2010.

[11]徐鵬,何爭光等.蒸發結晶-UASB-SBR工藝處理制藥廢水.工業用水與廢水,2011.

[12]趙賢廣,李武等.高含鹽廢水降膜蒸發過程中液膜破裂的抑制.環境工程學報,2011.

[13]楊洛鵬.水平管低溫多效蒸發技術在廢水蒸發中的應用.中國科技論文在線,2010.

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