淺議三效蒸發(fā)在高含鹽廢水處理中的應(yīng)用

武玉欣 / 河北野田農(nóng)用化學(xué)有限公司

淺議三效蒸發(fā)在高含鹽廢水處理中的應(yīng)用

武玉欣 / 河北野田農(nóng)用化學(xué)有限公司

高鹽廢水不能簡單地用生化處理，且物化處理過程較復(fù)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。蒸發(fā)法是處理高鹽廢水最為傳統(tǒng)的方法，運行成本很高，一般多采用多效蒸發(fā)器，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、所得淡水水質(zhì)好。

高鹽廢水；三效蒸發(fā)；廢水處理

1.緒論

高鹽廢水是指含總?cè)芙夤腆wTDS（Total Dissolved Solid）和有機物的質(zhì)量分數(shù)≥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(chǎn)、生活污水和食品加工廠、制藥廠、化工廠等。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-、、SO32-、SO42-等離子。這些高鹽、高有機物廢水，若未經(jīng)處理直接排放，勢必會對水體生物、生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生極大危害。[1]

2.三效蒸發(fā)器脫鹽法

蒸發(fā)是現(xiàn)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[2]。三效蒸發(fā)器脫鹽法是利用濃縮結(jié)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(lián)的三個蒸發(fā)器組成，高溫（120℃左右）加熱蒸汽被引入第一效，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)，這個過程一直重復(fù)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。同時，高鹽廢水經(jīng)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(jié)晶析出，由此實現(xiàn)鹽分與廢水的固液分離。含鹽廢水進入三效濃縮結(jié)晶裝置，經(jīng)過三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結(jié)晶過程，分離為淡化水和濃縮晶漿廢液，無機鹽和部分有機物可結(jié)晶分離出來進行焚燒處理，淡化水可返回生產(chǎn)系統(tǒng)替代軟化水加以利用[3]。

3.三效蒸發(fā)器

3.1 三效蒸發(fā)器應(yīng)用范圍

三效蒸發(fā)器可應(yīng)用于處理化工生產(chǎn)、醫(yī)藥生產(chǎn)等企業(yè)在工藝生產(chǎn)過程中產(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 ppm～10,000 ppm。

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(shè)備等組成（如圖1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(tǒng)采用連續(xù)進料、連續(xù)出料的生產(chǎn)方式。高含鹽廢水首先進入一效強制循環(huán)結(jié)晶蒸發(fā)器，結(jié)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(nèi)，外接蒸氣液化產(chǎn)生汽化潛熱，對廢水進行加熱。由于蒸發(fā)換熱室內(nèi)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(jié)晶蒸發(fā)室后，廢水的壓力迅速下降導(dǎo)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。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(jié)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(nèi)，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(fù)始，實現(xiàn)水與鹽的最終分離。

圖1 三效蒸發(fā)器工藝流程圖

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(nèi)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(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(chǎn)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(chǎn)生的二次蒸氣迅速轉(zhuǎn)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。

4.三效蒸發(fā)器應(yīng)用實例

4.1 處理工藝及參數(shù)

高含鹽廢水的主要成分為10 %硫酸鈉溶液，廢水pH值為6～8，廢水COD為50,000ppm。處理量為5 t/h。根據(jù)高含鹽廢水的特性，工藝設(shè)計按照三效蒸發(fā)器進行設(shè)計，根據(jù)計算，確定的三效蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)如下：

蒸發(fā)量Q=5000 kg/h（每小時蒸發(fā)水分5000 kg）；實際蒸氣耗量Q=2000 kg/h（進氣壓力0.3 MPa～0.4 MPa）；一效蒸發(fā)器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.03 MPa；二效蒸發(fā)器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.06 MPa；三效蒸發(fā)器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.085 MPa；循環(huán)冷卻水耗量Q=40 t/h；冷凝冷卻面積A=300 m2；機組總功率P=325 kW；機組占地面積為長20 m×寬10 m×高20 m。根據(jù)工藝，充分考慮廢水對設(shè)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(shè)備選材如下：

1）蒸發(fā)器本體選擇碳鋼內(nèi)襯搪瓷防腐；2）加熱器選擇鈦管；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、閥門選用316L不銹鋼+PPR材質(zhì)；7）結(jié)晶罐選用碳鋼襯搪瓷防腐。

4.2 處理效果及存在問題

高含鹽廢水經(jīng)三效蒸發(fā)器處理后，產(chǎn)生了結(jié)晶鹽、有機物濃縮廢液和淡化水，結(jié)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)中進一步利用。通過本系統(tǒng)的運行發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(shè)備的選材需要考慮抗腐蝕性，成本較高。

（2）整套設(shè)備運行過程中腐蝕嚴重，壽命短，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汽，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入危險廢物處置中心做進一步處置，費用較高增加了企業(yè)負擔。

（5）進入三效蒸發(fā)的廢水必須經(jīng)過預(yù)處理，去除雜質(zhì)，大量溶解態(tài)或者懸浮態(tài)雜質(zhì)進入蒸發(fā)器后，會增加蒸發(fā)器堵塞的風險，再加上工藝控制不好時，結(jié)晶物堵塞蒸發(fā)器及管道的事情會經(jīng)常發(fā)生。

5.結(jié)論

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(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(jié)能等優(yōu)點，在國內(nèi)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(shè)備使用壽命短、需要蒸氣量大等缺點，但是隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，該技術(shù)在高含鹽廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用會進一步擴大。

[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]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.

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