高濃高鹽蒸發(fā)富集母液的處理工藝選擇

朱利民，萬 華，李 冰，黃小紅，彭征宇

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙 410114)

1 前言[1]

我國的節(jié)水減排已經(jīng)到了刻不容緩的程度。為緩解水污染形勢，國家出臺的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》和《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》政策均提出了COD、氨氮等主要水體污染物減排8%的目標。特別值得一提的是，2015-04-16，中央政治局常務(wù)委員會會議審議通過《水十條》。經(jīng)過多輪修改的“水十條”將在污水處理、工業(yè)廢水、全面控制污染物排放等多方面進行強力監(jiān)管并啟動嚴格問責制，鐵腕治污將進入“新常態(tài)”。

目前，含鹽廢水處理一般采用的工藝路線：前處理+膜濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶。但是，在最后一步的蒸發(fā)結(jié)晶過程中，隨著母液中雜質(zhì)離子的富集，會導(dǎo)致結(jié)晶鹽品質(zhì)降低，設(shè)備結(jié)垢嚴重影響連續(xù)穩(wěn)定運行，蒸發(fā)效率下降，甚至不能蒸發(fā)。因此，需要考慮外排少量的母液，來維持系統(tǒng)的平衡和連續(xù)穩(wěn)定運行。這部分母液的處理一直以來都是大部分企業(yè)的難題。因此，蒸發(fā)富集母液的處理成為制約含鹽廢水實現(xiàn)真正意義上的廢水零排放的關(guān)鍵。

2 處理工藝的基本原理和技術(shù)特征[2-4]

目前，蒸發(fā)富集母液的處理，常用的有4種工藝：噴霧干燥技術(shù)、真空圓盤干燥技術(shù)、耙式干燥技術(shù)、滾筒干燥技術(shù)。

2.1 噴霧干燥技術(shù)

高溫熱風從干燥室頂部蝸殼通道由熱風分配器產(chǎn)生均勻旋轉(zhuǎn)的氣流進入干燥室內(nèi)。物料通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤，產(chǎn)生分散微細的料霧，料霧與旋流的熱空氣接觸，水分迅速蒸發(fā)，在極短的時間內(nèi)物料得以干燥，得到中空、壁薄的球狀產(chǎn)品，該產(chǎn)品在水中能迅速溶解。

該設(shè)備的加熱熱源可以是蒸汽、電加熱、蒸汽+電加熱、天然氣、廠區(qū)高溫余熱氣。由于噴霧干燥產(chǎn)生的顆粒相對較細，尾氣需要采用多級除塵系統(tǒng)進行收塵處理。另外，噴霧塔和除塵系統(tǒng)的干燥產(chǎn)品同時收集時，要考慮收集管的堵管、粘壁等問題。

主要特點：(1)料液霧化，比表面積大，瞬間蒸發(fā)快，幾秒內(nèi)即可干燥；(2)霧化盤經(jīng)特殊設(shè)計，采用變頻器無級調(diào)速，可調(diào)節(jié)顆粒大?。?3)生產(chǎn)控制方便，可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；(4)熱效率相對較低。在進風溫度低于150 ℃時，蒸發(fā)強度僅約2 kg H2O/m2·h～5 kg H2O/m2·h。

2.2 真空圓盤干燥技術(shù)

真空圓盤干燥機是在引進吸收國際圓盤干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上改進的一種新穎臥式間歇真空干燥設(shè)備，濕物料經(jīng)傳導(dǎo)蒸發(fā)干燥，帶有刮板圓盤攪拌加熱器不斷清除熱面上的物料，并在容器推移形成循環(huán)流，水分蒸發(fā)后經(jīng)冷凝回收罐分離后真空泵抽出。

該設(shè)備加熱介質(zhì)既可以用導(dǎo)熱油，也可用蒸汽或熱水，但熱載體相態(tài)不同，其中空軸結(jié)構(gòu)也不同。真空型圓盤干燥機集混合干燥蒸發(fā)于一體的新型真空干燥機，被干物料從機體上方進料口加入，在不斷轉(zhuǎn)動圓盤加熱葉片的攪拌下，與殼體內(nèi)壁及葉片接觸的表面不斷更新，受到導(dǎo)熱油或蒸汽的間接加熱換熱，圓盤的均勻攪拌，使物料內(nèi)部水份快速汽化，在真空系統(tǒng)的作用下，汽化的水分經(jīng)除塵器、U 型冷凝器、氣水分離器、從真空泵出口放空。

主要特點：

(1)在高真空低溫環(huán)境下完成整個蒸發(fā)干燥過程，且適用于熱敏性物料；(2)該機通過筒體外殼夾套與內(nèi)圓盤攪拌軸同時加熱，傳熱面積大、熱效率高；(3)該機設(shè)有攪拌裝置，使物料在筒體內(nèi)形成連續(xù)循環(huán)狀態(tài)，進一步提高了物料受熱均勻度、提高傳熱傳質(zhì)效果；(4)主機自動正反轉(zhuǎn)，自動清理、翻炒、切割、混合破碎效果好。

2.3 耙式干燥技術(shù)

耙式干燥的原理是：被干燥物體從殼體上方正中間加入，在不斷的正反轉(zhuǎn)動的耙齒的攪拌下，物料軸向來回走動，與殼體內(nèi)壁接觸的表面不斷更新，受到蒸汽的間接加熱，耙齒的均勻攪拌，粉碎棒的粉碎，使物料表面水分更有利的排出，氣化的水分經(jīng)干式除塵器、濕式除塵器、冷凝器，從真空泵出口處放空。耙式干燥機適用物料為0.15 mm以上物料，顏料、泥頭狀物料、純堿洗滌劑、堿石淀粉、染料顏料、粘土灰等。

采用夾層與內(nèi)攪拌同時加熱方式，傳熱面大，熱效率高。特別適用于干燥熱敏性物料。被干燥物料有漿狀、膏狀、粒狀、粉狀或纖維狀，并在固體醇納的生產(chǎn)工藝中得到了廣泛地應(yīng)用。設(shè)置攪拌，使物料在筒內(nèi)形成連續(xù)循環(huán)狀態(tài)，進一步提高了物料受熱的均勻。

主要特點：(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、操作簡單、適用范圍廣；(2)設(shè)備故障率低、容易做到進出料全自動控制。

2.4 滾筒干燥技術(shù)

滾筒干燥是一種內(nèi)加熱傳導(dǎo)型轉(zhuǎn)動連續(xù)干燥設(shè)備。旋轉(zhuǎn)的滾筒通過其下部料槽，粘附著一厚度的料膜，熱量通過管道輸送至滾筒內(nèi)壁，傳導(dǎo)到滾筒外壁，再傳導(dǎo)給料膜，使料膜中的水分得到蒸發(fā)，使含濕分的物料得到干燥。干燥好的物料被裝置在滾筒表面的刮刀鏟離滾筒，固體到置于刮刀下方的螺旋輸送器，通過螺旋輸送器將干物料集中、包裝。

主要特點：(1)熱效率高。因滾筒干燥機傳熱機理屬熱傳導(dǎo)，傳熱方向在整個操作周期中保持一致，除散熱和熱輻射損失外，其余熱量全部都用于筒料膜濕分的蒸發(fā)上，熱效率高；(2)操作彈性大，適用性廣?？烧{(diào)整滾筒干燥機的諸多干燥因素。如進料的濃度、涂料料膜的厚度、加熱介質(zhì)的溫度、滾筒的轉(zhuǎn)動速度等，都可以改變滾筒干燥機的干燥效率，且諸多因素互無牽連。這給滾筒干燥操作帶來很大的方便，使之能適應(yīng)多種物料的干燥和不同產(chǎn)量的要求。(3)干燥時間短。物料的干燥周期一般只有10 s～300 s，在適合于熱敏性物料。若將滾筒干燥機設(shè)置在真空器中，則可在減壓條件下運行；(4)干燥速率大。由于涂料抹于筒壁的料膜很薄，一般在0.3 mm～1.5 mm，且傳熱、傳質(zhì)方向一致，料膜表面可保持20 kg H2O/m2·h～70 kg H2O/m2·h的蒸發(fā)強度。

3 四種處理工藝的比較

四種處理工藝的綜合比較見表1。

表1 四種處理工藝的綜合比較表Tab.1 Comprehensive comparison table of four kinds of treatment process

根據(jù)表1四種工藝的比較，考慮到各自應(yīng)用工況的特點，并結(jié)合投資、運行和維護費用等因素，得出四種干燥工藝的應(yīng)用工況見表2。

表2 四種處理工藝的應(yīng)用工況選擇Tab.2 Application condition selection of four treatment processes

4 結(jié)論

1)從運行穩(wěn)定性、后期維護、能耗、投資等各方面比較，推薦采用滾筒干燥工藝。

2)從目前的運行情況分析，高鹽富集母液的成分復(fù)雜、不確定性因素較多、腐蝕性相對較強，設(shè)備過流部件推薦采用如2205、2507等材質(zhì)。

隨著國家環(huán)保力度的加強，各行各業(yè)的廢水處理層出不窮。針對不同的水質(zhì)條件和企業(yè)的能源情況，以及前端工藝的設(shè)計情況，同時各個生產(chǎn)企業(yè)對運行成本和一次投資的控制要求，可以因地制宜的選擇其中一種工藝作為終端的處理工藝。