污水汽化處理工藝流程及問題分析

吳洪煒

（安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246052）

節(jié)約用水并且加強水資源的使用效率是當下的應(yīng)盡之責，否則，水資源匱乏的難題會阻礙我國的經(jīng)濟的高速建設(shè)，最終將會對我國的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生無法計量的影響[1]。高效率的利用排放的廢水，加強各行業(yè)排放廢水的使用效率。同時，加大廢液處理強度，提升我國在廢液治理技術(shù)方面的開展[2]，將極大地促進水資源有效保護。現(xiàn)如今，有機廢液的排放量巨大，廢液中化學(xué)需氧量排放總量是2423.7萬噸，其中，現(xiàn)代化工業(yè)的化學(xué)需氧量排放總量是338.5萬噸[3]。盡管我們國家對于相關(guān)水資源的有效使用、環(huán)境維護、治理方面也頒布了許多的政策和法規(guī)，同時也投入巨量的專用于環(huán)境維護的資金，環(huán)境保護依舊達不到效果，因環(huán)境引起的危害不斷增加，污染環(huán)境的整治依舊是歷史使命的重點[4]。

基于工業(yè)發(fā)達國家的有機廢液處理程序發(fā)展的歷史，投資建造二級污水處理廠能夠?qū)λ|(zhì)的改善起到?jīng)Q定性作用。在20世紀70年代初期，許多經(jīng)濟較為發(fā)達的國度都統(tǒng)一運用二級生物處置技術(shù)，但是該治理技術(shù)會消耗大量能源，運轉(zhuǎn)的成本很高，所需的基本投資額也巨大[6]。每年，美國都因二級生物處置技術(shù)需耗費能源費用逾越10億美元，同時美國也在加大廢液治理的研究力度，力爭發(fā)展出能夠符合當前工業(yè)化發(fā)展要求的先進治理方法，在較少投入的同時產(chǎn)生更大的效能[5]。有機廢液處理程序的優(yōu)化已經(jīng)成為了各個國家深入研究的新課題。

1 污水汽化處理工藝流程

1.1 污水汽化處理工藝流程現(xiàn)狀

在我國污水處理的工藝設(shè)備眾多，目前常見的工藝流程有：傳統(tǒng)的活性污泥治理工藝技術(shù)、AB工藝技術(shù)、水解-好氧工藝技術(shù)、氧化溝工藝技術(shù)、氧化塘等技術(shù)[7]。當前比較通用的污水汽化處理技術(shù)主要有離子交換法、吸附法、反滲透法、蒸發(fā)結(jié)晶法等四種方式方法[8]。污水在凈化時可以采用汽化結(jié)晶法處理，這種方法是通過蒸發(fā)濃縮，致使污水中的鹽離子濃度處于飽和狀態(tài)，形成晶核從而析出，通過過濾等方法實現(xiàn)固液分離，從而獲得固態(tài)結(jié)晶體[9-10]。廢液可通過數(shù)次的蒸發(fā)濃縮，進而達到環(huán)境治理的要求。

2010年，針對SAGD采出水技術(shù)中蒸汽產(chǎn)生過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題，孫繩昆[11]借鑒加拿大SAGD開采技術(shù)，在遼河油田曙一區(qū)開展了降膜蒸發(fā)法處理超銅油采出水的先導(dǎo)試驗研究。用于做實驗的有機廢液經(jīng)過了重力沉降以及浮選處理的技術(shù)，同時加入了相應(yīng)劑量的化學(xué)物質(zhì)處理之后，用于蒸發(fā)設(shè)備的供水。因為實驗時規(guī)模不大，因此只需要采用較小的蒸汽鍋爐便能滿足實驗要求的熱源，而不需要采用規(guī)模較大的蒸汽壓縮機。經(jīng)過多次試驗，相關(guān)實驗人員發(fā)現(xiàn)：降膜蒸發(fā)管的結(jié)垢水平極低，內(nèi)壁上只出現(xiàn)了很少的難溶物質(zhì)；同時在進料水中加入苛性鈉這種物質(zhì)，明顯極大的改變了蒸發(fā)管裝置內(nèi)的結(jié)垢程度。

2012年，鄒龍生等[12]人進行了豎管降膜蒸發(fā)器處理稠油污水的試驗研究。將混合池中的桐油廢液添加適當劑量的pH調(diào)節(jié)劑、阻垢劑和消泡劑后，用泵送到蒸發(fā)器內(nèi)進行再處理。實驗結(jié)果證明：傳熱系數(shù)與傳熱溫差、有機廢液蒸發(fā)的負荷、循環(huán)線的速率等因素呈反向變化關(guān)系；同時，油含量指標不滿足要求，除此之外其余的物質(zhì)指標都能夠符合注汽鍋爐用水的條件。因此，只需對蒸餾水進行去油處理就可以用作鍋爐用水。也證明熱回收系統(tǒng)對于有機廢液處理具備良好的應(yīng)用價值。

2018年，趙松等[13]人對哈得四聯(lián)合站污水蒸發(fā)裝置蒸發(fā)池長時間高液位運作以及外表浮油對四周環(huán)境造成損害的難題，對污水蒸發(fā)裝置運轉(zhuǎn)模式進行了全面的升級處理，裝置各方面的性能也有了很大的提升；根據(jù)HSE標準化站隊建立，提高廢液蒸發(fā)體系的利用效率并建立高質(zhì)量的廢液處理體系，進而完成廢液排放的高效利用目的。

1.2 污水汽化處理工藝流程存在的問題

1）有機廢液的處理方式方法有些過時，已經(jīng)無法滿足當前大規(guī)模生產(chǎn)要求。2）有機廢液處理技術(shù)需要大量的專業(yè)研究團隊以及專業(yè)設(shè)施，這些的缺失導(dǎo)致處理工藝改善滯后。

2 污水汽化處理的工作原理及常見問題的預(yù)防

2.1 污水汽化處理裝置工作原理及技術(shù)特點

圖1 污水汽化處理工藝流程圖

污水汽化處理裝置被數(shù)個蒸發(fā)器聯(lián)結(jié)形成的換熱裝置，圖1是有預(yù)熱系統(tǒng)的多效蒸發(fā)順流技術(shù)流程圖，現(xiàn)將從原料水、加熱蒸汽以及不凝氣三側(cè)的操作流程以及運作的基本原理進行介紹。

原料水側(cè)：首先，有機廢液是儲存在原料水儲存罐中的，然后經(jīng)過原料水泵P1再被運到末效二次蒸汽冷凝裝置，由冷凝裝置首先加熱，然后其中一些會被當做凝結(jié)水放出，剩下的則作為裝置進料水依次經(jīng)過預(yù)熱裝置，然后進入首效蒸發(fā)裝置噴淋管，噴淋管將原料液均勻噴淋在頂排換熱管上，最后以薄膜的形式依次向下流動。

蒸汽側(cè)：加熱后的蒸汽先進入首效蒸發(fā)器的部分，通過與管外污水的換熱而凝結(jié)水為淡水，管外污水蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽首先經(jīng)過預(yù)熱器對原料水進行加熱，之后作為下個加熱蒸汽與該效產(chǎn)生的濃縮液重復(fù)換熱。首效蒸汽凝結(jié)水返回鍋爐作為鍋爐給水，其余各效凝結(jié)水回收到淡水儲罐內(nèi)。

不凝氣側(cè)：在淡水緩存罐、各效蒸發(fā)器的蒸發(fā)和末效二次蒸汽冷凝器的汽側(cè)，通過真空管線與其空泵相連，因裝置運轉(zhuǎn)需要在一定的真空度下進行，因此，需將裝置內(nèi)的不凝氣體放出。

2.2 污水汽化處理工程運行過程中存在的問題

由于污水中含有大量的鹽，尤其是在蒸發(fā)過后會形成高濃度的鹽溶液，進行多次蒸發(fā)后再濃縮，會出現(xiàn)晶體。晶體越積累越多，就會附著在換熱管的內(nèi)壁，進而形結(jié)垢。結(jié)垢會對設(shè)備造成極大的損害，無論是對換熱器的運行效率或是對換熱管的有效運行，都會引起換熱管淤塞，進而不可逆的影響設(shè)備的有效運轉(zhuǎn)。濃鹽廢液的組分復(fù)雜，含有多種物質(zhì)，如：鈣離子、鎂離子以及硫酸根離子和硅酸鹽等諸多化學(xué)成分，上述各種物質(zhì)在經(jīng)過設(shè)備處理之后，濃度會逐漸增加，進而產(chǎn)生化合物，諸如硫酸鈣、碳酸鈣、硅酸鹽等不易溶解的物質(zhì)，從而結(jié)垢。需要用酸洗以除去垢，但酸洗又會對裝置造成侵蝕，最終影響設(shè)備的使用壽命。

2.3 相關(guān)問題的預(yù)防措施

1）晶種法。本方法是利用晶種會對飽和的鹽溶液產(chǎn)生親和作用，從而使得廢液中硫酸鈣的過飽和度有所下降，廢液中的飽和鹽離子會首先和晶體結(jié)合，從而減少在加熱管壁上的附著，晶種通常會選用硫酸鈣或氯化鈣。

2） 加阻垢劑法。一些阻垢劑的有效使用，可以特定的螯合成一些金屬離子，因為污水中存在諸多的結(jié)垢金屬離子，阻垢劑的加入可以有效減少這些結(jié)垢離子與碳酸根、硫酸根的結(jié)合。

3）加酸法。由于在污水中的結(jié)垢離子多為鈣、鎂，可碳酸或碳酸氫根結(jié)合而結(jié)垢，通過加酸，將pH降到5以下，從而除去污水中的碳酸或碳酸氫根，最終起到防止結(jié)垢的作用。

3 結(jié)論

前人對于污水汽化處理已經(jīng)有了較多的研究，一部分的研究通過對裝置進行改進，雖然解決了諸如鹽度增高問題，然而，由于廢液組成部分的繁雜特性，應(yīng)該對多效蒸發(fā)設(shè)備在各個方面都進行不斷地提升。因此本文主要對污水汽化處理的相關(guān)研究進展進行了概述，通過對廢液汽化處置的技術(shù)進行介紹，并對常見問題提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以期為后續(xù)污水汽化裝置的優(yōu)化提供相關(guān)的理論支撐。