煤化工污水蒸發(fā)濃縮特性研究

李卓坪　楊魯偉　張振濤

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煤化工污水蒸發(fā)濃縮特性研究

李卓坪楊魯偉張振濤

（科盛環(huán)保科技股份有限公司江蘇南京211500）

采用模擬蒸發(fā)濃縮分離裝置對(duì)煤化工分滲透濃水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，掌握了其溶液沸點(diǎn)溫升、蒸發(fā)體積濃縮比極限、蒸發(fā)濃縮過(guò)程現(xiàn)象等，為后續(xù)廢水處理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提供有效參考；證明MVR蒸發(fā)對(duì)煤化工反滲透濃水具有較好的實(shí)用性和使用前景。

煤化工；反滲透濃水；蒸發(fā)濃縮特性；沸點(diǎn)升

含鹽廢水處理是中國(guó)煤化工可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題，其中反滲透濃水的濃縮是解決該問(wèn)題的瓶頸［1］。煤化工項(xiàng)目產(chǎn)生的含鹽廢水主要來(lái)源于企業(yè)的循環(huán)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(wú)污染，適應(yīng)性強(qiáng)，便于操作，運(yùn)行費(fèi)用低，在含鹽廢水處理方面占據(jù)越來(lái)越重要的地位，但是反滲透法的產(chǎn)水率一般只有75%，仍會(huì)產(chǎn)生約25%的反滲透濃水［3］。國(guó)家政策要求煤化工企業(yè)實(shí)行“零排放”不允許外排污水，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)反滲透濃水基本都采用了單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)設(shè)備，存在運(yùn)行能耗高、污染大的問(wèn)題；由于廢水水質(zhì)和廢水處理工藝流程的特殊性，新型蒸汽再壓縮熱泵系統(tǒng)（MVR）在廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用前存在諸多疑問(wèn)，比如系統(tǒng)處理后是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)、是否與后續(xù)處理單元承接等。基于以上背景，本文通過(guò)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(tǒng)在廢水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)裝置與方法

圖1　廢水蒸發(fā)濃縮分離特性實(shí)驗(yàn)研究裝置

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

以河南龍宇煤化工廢水反滲透濃水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在不同蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度和pH值等參數(shù)下，對(duì)廢水蒸發(fā)濃縮分離工藝進(jìn)行了小型實(shí)驗(yàn)研究，其蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，包括五部分：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、真空泵、真空度調(diào)節(jié)裝置、低溫恒溫槽，測(cè)試裝置。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

廢水蒸發(fā)濃縮分離具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：（1）攪拌與消泡利用電動(dòng)機(jī)械攪拌器（量大）或磁力攪拌器（量小）對(duì)所收廢水水樣進(jìn)行攪拌，消除廢水不均勻性、觀察廢水起泡特性。起泡量大嚴(yán)重影響廢水均勻性時(shí)，加入微量（1 mL～2mL）適用消泡劑（二甲基硅氧烷，某些場(chǎng)合需要乙基、羥基、苯基等硅氧烷）進(jìn)行消泡處理。（2）酸堿度pH調(diào)節(jié)錐形瓶中取20mL廢水水樣，利用稀硫酸、氫氧化鈉溶液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況要求，選取滴定臺(tái)中適用滴定管，對(duì)廢水水樣進(jìn)行酸堿滴定，其酸堿度pH由玻璃電極pH計(jì)測(cè)量。并根據(jù)滴定體積比例，對(duì)廢水水樣進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。（3）廢水蒸發(fā)濃縮分離設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)：油浴加熱溫度、攪拌旋轉(zhuǎn)速度于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀控制面板設(shè)定與顯示；冷卻水溫度由設(shè)定恒溫水箱供水溫度完成；真空度由水環(huán)式真空泵開(kāi)關(guān)與閥門開(kāi)度調(diào)整，從真空度表讀數(shù)；開(kāi)啟溫度自動(dòng)采集，校準(zhǔn)溫度傳感器；加裝定量原液到蒸發(fā)瓶；液體體積占瓶?jī)?nèi)體積1/3～1/2之內(nèi)；調(diào)整溫度傳感器方位，保證蒸汽溫度與溶液溫度測(cè)定；（4）實(shí)驗(yàn)步驟：開(kāi)啟低溫恒溫槽，提供冷卻水；開(kāi)啟攪拌旋轉(zhuǎn)、油浴加熱、通風(fēng)；觀察蒸汽溫度，適時(shí)開(kāi)啟真空泵，調(diào)節(jié)截止閥開(kāi)度，控制系統(tǒng)真空度；觀察冷凝液體積，定增量記錄時(shí)間節(jié)點(diǎn)；觀察蒸發(fā)瓶?jī)?nèi)現(xiàn)象，根據(jù)預(yù)期要求確定蒸發(fā)極限；收集冷凝液、濃縮液，待測(cè)；按順序分別停止自動(dòng)采集、真空泵、加熱、攪拌旋轉(zhuǎn)、冷卻水、通風(fēng)。

1.3數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)時(shí)采集蒸汽溫度、溶液溫度和冷凝液體積數(shù)據(jù)，分別利用式（1）、（2）計(jì)算出不同蒸發(fā)濃縮比時(shí)的沸點(diǎn)升高；

（1）式中，ts為溶液溫度；tv為蒸汽溫度；△T為沸點(diǎn)升高。

1.4實(shí)驗(yàn)分析方法

COD：重鉻酸鉀氧化法；TDS：重量法；pH：便攜式pH 330i測(cè)定儀；電導(dǎo)率：DDBJ-350電導(dǎo)率測(cè)定儀；粘度：旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)；硬度：EDTA滴定法。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖2　反滲透濃水不同蒸發(fā)溫度沸點(diǎn)升高隨蒸發(fā)濃縮比變化規(guī)律

圖3　反滲透濃水不同pH沸點(diǎn)升高隨蒸發(fā)濃縮比變化規(guī)律

據(jù)圖2所示，當(dāng)蒸發(fā)溫度60℃時(shí)，沸點(diǎn)升高從初始的1.6持續(xù)增加到5.0℃，當(dāng)蒸發(fā)濃縮比達(dá)到70.0%，即TDS為395.6g/L時(shí)，結(jié)晶開(kāi)始析出，其沸點(diǎn)升高持續(xù)增加，直到無(wú)明顯蒸發(fā)，其沸點(diǎn)升高最高達(dá)到7.5℃；蒸發(fā)溫度80℃時(shí)，沸點(diǎn)升高從初始的2.2持續(xù)增加到6.3℃，當(dāng)蒸發(fā)濃縮比達(dá)到70.0%，即TDS為395.6g/L時(shí)，結(jié)晶開(kāi)始析出，其沸點(diǎn)升高持續(xù)增加，直到無(wú)明顯蒸發(fā)，其沸點(diǎn)升高最高達(dá)到8.8℃；與前述規(guī)律相同，在蒸發(fā)溫度100℃時(shí)，沸點(diǎn)升高從2.5增加到7.5℃，在結(jié)晶析出后持續(xù)增加到9.6℃。此反滲透濃水沸點(diǎn)升高隨蒸發(fā)濃縮比的增加而升高，當(dāng)廢水TDS達(dá)到飽和濃度后，鹽分析出；隨著蒸發(fā)濃縮分離的推進(jìn)，其沸點(diǎn)溫升增幅未明顯減小，即因高沸點(diǎn)有機(jī)物成分不同，對(duì)溶液沸點(diǎn)升高的影響不同。根據(jù)圖2和圖3不同蒸發(fā)溫度和pH下沸點(diǎn)升高的對(duì)比值，此反滲透濃水沸點(diǎn)升高隨蒸發(fā)溫度和pH的變化規(guī)律符合含鹽高沸點(diǎn)有機(jī)溶液沸點(diǎn)升高規(guī)律。

表1　反滲透濃水蒸發(fā)濃縮分離后理化特性數(shù)據(jù)

圖4　廢水不同蒸發(fā)溫度有機(jī)物截留率變化

圖5　廢水不同pH有機(jī)物截留率變化

此反滲透濃水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮分離后冷凝出水的理化特性數(shù)據(jù)如表1所示。通過(guò)廢水水質(zhì)特性的檢測(cè)，蒸發(fā)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(dǎo)率小于200μS/cm，冷凝液全鹽量測(cè)試無(wú)結(jié)果，及小于100mg/L的檢測(cè)極限，達(dá)到了廢水去除鹽分的目的。根據(jù)圖4和圖5所示，提高實(shí)際廢水蒸發(fā)溫度、pH，可增加蒸發(fā)濃縮分離工藝的有機(jī)物截留率，其規(guī)律符合含鹽低沸點(diǎn)有機(jī)溶液有機(jī)物截留率變化規(guī)律，即實(shí)際廢水中含有的相對(duì)少量低沸點(diǎn)有機(jī)物時(shí)，其蒸發(fā)濃縮分離的有機(jī)物截留率依然符合高含鹽低沸點(diǎn)有機(jī)溶液的有機(jī)物截留率變化規(guī)律。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此廢水水樣蒸發(fā)濃縮分離實(shí)驗(yàn)，掌握了其溶液沸點(diǎn)溫升、蒸發(fā)體積濃縮比極限、蒸發(fā)濃縮過(guò)程現(xiàn)象等，為廢水處理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有效參考；證明M VR蒸發(fā)對(duì)煤化工反滲透濃水具有較好的實(shí)用性和使用前景。由于時(shí)間有限，未實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置中蒸發(fā)參數(shù)的自動(dòng)控制，未完成對(duì)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(lái)源的在線統(tǒng)計(jì)，對(duì)其成分進(jìn)行定性描述，并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室定量分析，為廢水特性研究提供更清晰明確的參數(shù)。

［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(xiàn)狀［J］.潔凈煤技術(shù)，2014，20（1）：104-109.

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

［3］黃開(kāi)東，李強(qiáng)，汪炎.煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析［J］.工業(yè)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?yàn)樗廴究刂坪蜕鷳B(tài)治理。