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高浓高盐废水处理之多效蒸发技术

发布时间2019-3-30 9:16:09  中国污水处理工程网

1.0 引言

随着化工制药造纸等行业的发展高浓度难降解废水一直是废水处理的难点近年来零排放及污水回用等生产理念的推广对污水处理及深度提出进一步要求传统的物化生物处理方法处理高浓度难降解废水时处理工艺冗长且复杂另外对于高盐度废水因微生物而不能生存而使生物处理法收到限制或者需要引进大量淡水进行吸收达到微生物可以耐受的限制后采用生物处理近几年来在高浓度及/或高盐度废水处理领域蒸发技术开始逐渐受到关注为长久以来困扰着环保工作者的难题?#19994;?#20102;一个可探索证实的答案并已有一定应用本文结合?#25910;?#24037;作经验及相关文献报道对蒸发在工业废水处理的发展及应用做简要介绍

采用蒸发技术处理高浓度废水主要利用水(溶剂)与污染物(溶质)之间的沸点差异通过控制废水在一定温度气压下发生表面或内部的气化将溶剂与溶质分离的过程经过蒸发沸点高的污染物被留在蒸发残液中而低沸点的水将以冷凝液形式排出根据蒸发的原理只有当污染物与水沸点差异比较大时才会有较好的分离效果否则污染物会直接蒸发成为冷凝液的一部分或者与水产生共沸而进入冷凝液而导致出水COD升高因此对于特定废水需采用合适的冷凝水处理工艺使污水处理系统出水达到要求

目前废水处理中已有应用的蒸发设备有多效蒸发器及机械压缩蒸发器结合?#25910;?#30340;工作本文就多效蒸发加以叙述

2.0 多效蒸发

2.1 多效蒸发原理

目前蒸发器的种类很多?#25512;?#33976;汽利用角度而言蒸发可分为一效至五效在工业生产中为了减少加热蒸汽消耗量可采用多效蒸发多效蒸发将多组蒸发器串联起来除第一效蒸发采用厂区新鲜蒸汽为热源之后的每一效蒸发利用前一级产生的二次蒸汽为热源进行加热因此多效蒸发明显降低了加热蒸汽的消耗量另外除最后一效蒸发器每一级蒸发产生的二次蒸汽在后一级加热室中作为热源利用后将成为冷凝水排出从而大大减少了冷却水的消耗

表1多效蒸发的蒸汽及冷却水消耗

单效 双效 三效 四效 五效
蒸汽(kg/kg) 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27
冷却水(kg/kg) 13.5 6.75 4.5 3.88 2.7

由表1看出随着多效蒸发级数的增加处理单位废水所需的蒸汽量及冷凝水量递减然而随着蒸发效数的增加公用消耗的减少程度逐渐趋缓如图1所示当蒸发级数大于三效时新鲜蒸汽及冷却水用量的减少量明显降低

在设计多效蒸发器时不仅需要考虑降低系统能耗还需考虑设备投资及温差限制的因素在废水处理中尤其当多效蒸发系统应用于氯离子含量较高的废水浓缩时对设备材质的要求会较高在需要保证一定使用年限的前提下对于特定废水蒸发设备甚至需要用到钛材因此在采用考虑设计多效蒸发时需考虑设备投资的经济性对蒸发级数的影响另外由于装置总温差是一定的各单效的有效温差比总温差小很多从而导致相同总温差下多效蒸发的生产力要低于单效蒸发器

相关文献表明在目前废水处理领域中三效蒸发应用较多

图1处理单位废水蒸汽及冷却水消耗与蒸发效数的关系

2.2 多效蒸发在废水处理中的应用

在废水处理中多效蒸发被用来浓缩工业废水回收有价值的成分或者得到洁净的冷凝水用以回用然而在实际应用中冷凝水中常带有低沸点组分的有机污染物为达标排放通常在多效蒸发后设计生化工艺来进一步去除水中的有机物

2.2.1 用于高盐废水预处理

?#25910;?#22312;工作中曾参与高含盐表面活性剂废水处理的设计该废水水量小CODcr约5000~6000mg/LTDS含量高达30000mg/L很显然微生物很?#35328;?#35813;高盐环境下正常生长初步论证后采用蒸发+生化为主的工艺处理该废水蒸发后几乎所有盐?#32440;?#30041;在蒸发浓液中而大部分冷凝水排出蒸发系统进一步处理后回用通过小试发现废水蒸发浓缩至10%时冷凝水中的CODcr降至600~800mg/L浓液TDS含量约30%在设计过程中采用较为经济节能的三效蒸发处理原水蒸发器的一效二效采用?#30340;?#25442;热器获得较高的换热效率而第三效加热?#20197;?#37319;用强制循环换热器以克服由被加热介质高浓度而引起的设备结垢等问题蒸发系统的冷凝液经换热后(低于32)排入MBR池进一步降解由于进入冷凝液中的有机物大多为低分子易降解有机物MBR出水经过NaCl消毒可达到城市杂用水回用标准另外为确保进蒸发系统的SS及CODcr控制在一定范围内以免设备结垢及传热效率受到抑制在蒸发前还设置了混凝/絮凝-板框过滤对蒸发进水进行预处理系统处理流程如图2所示

 

图2三效蒸发-生化处理高盐表面活性剂废水流程

方丽萍等人采用三效蒸发+生化的组合工艺处理甲硝唑工业废水出水水质达到污水综合排放标准一级排放标准的要求该工艺首先采用多效蒸发去除废水中大部分盐分和对微生物有毒且难降解的有机物之后采用氨?#20302;?#21435;除冷凝水中游离?#20445;?#27700;解酸化+A/O去除有机物

曹红等人采用三效蒸发预处理高含盐且CODcr高达几十万的农药废水不仅有效的去除了废水中的盐分还去除了部分有毒难降解CODcr为后续生化处理奠定基础具体联系污水宝或参见http://www.17252382.com更多相关技术文档

杭州升蓝环保设备科技有限公司在07年就已经将三效蒸发用于高浓度废水综?#29616;?#29702;对乙酰?#34987;?#37210;医药生产废水采用三效蒸发技术处理CODcr去除去率99.95CODcr由30g/L降低至0.15g/L对乙酰?#34987;?#37210;回收率达98%含盐量很高的化工染料及中间体生产废水采用双相不锈钢及SS316L为材质的三效蒸发器进行浓缩处理盐分去除率达98%~99%出水CODcr在1000mg/L以下为后续处理创造有利条件多效蒸发用于垃圾渗沥液处理出水达到排放标准而成分复杂毒性高含盐量高的母液则采用水泥或沥青固化处理

郗金娥等人[10]利用二效蒸发系统回收医药中间体废水中的钠盐蒸发出的冷凝水经过臭氧预处理后与?#21561;?#24223;水生活污水混合进入厌氧-好氧生化处理系统及后续高级氧化系统最终出水达标排放

徐鹏等人[11]采用蒸发-UASB-SBR工艺处理制药废水当进水CODcr盐浓度?#30452;?#20026;15000~20000mg/L40~90mg/L出水达到化学合成类制药工业水污染排放标准的要求

2.2.2 用于分离浓缩或回收无机盐

于永辉等人利用四效蒸发器处理高盐高硬度稠油废水淡水产率为70%时蒸发器出水总硬度0.1mg/LSS为1.1mg/L油含量0.2mg/LTDS含量20mg/L达到热采锅炉用水水质标准根据稠油污水特点在多效蒸发器前设计预处理单元除去污水中的油及悬浮物防止多效蒸发器和换热器污染?#27695;?#39044;处理单元?#26469;?#20026;斜板气浮核桃壳过滤器砂滤器

郑贤助等人采用两效蒸发回?#33976;?#30002;基纤维素钠(CMC)生产废水中的氯化钠及羟基乙酸钠同时获得95%的CODcr去除率郑等人采用分步蒸发?#30452;?#22312;两次蒸发中回收氯化钠及羟基乙酸钠第一次对氯化钠的回收效率达到85%晶体纯度较高;第二次蒸发采用的是第一次蒸发离心后的盐母液回收的羟基乙酸钠可外卖提纯

朱寿川报道了还原-中和-沉淀预处理+四效蒸发工艺处理沉钒废水系统出水达到综合排放标准一级要求其中预处理工艺对废水中六价铬及五价钒的去处理均达98%以上蒸发浓缩后的硫酸盐渣中Na2SO4含量达到70%以上可作为生产原料

续京等人对马铃薯淀粉废水进行预处理后采用四效蒸发回收洁净的冷凝液用于生产线回用而母液则作为有机肥处置

赵斌等人采用三效错流?#30340;?#21450;蒸汽喷射热泵的工艺浓缩氯化铵废水不仅回收了氯化铵晶体还从根本上解决了氯化铵工业废水对环境造成的氨氮污染该蒸发工艺引进了蒸汽喷射式热泵利用高压生蒸汽将一效蒸发产生的二次蒸汽压缩后将?#25512;?#20301;的二次蒸汽变为高品位蒸汽对一效蒸发器进行加热进一步降低系统能耗

2.3 多效蒸发系统运行

2.3.1 结垢防治

工业废水通常成分复杂对于高浓度有机废水更是如此因此在利用多效蒸发处理高浓度有机废水时需进行预处理主要需去除水?#34892;?#28014;物(SS)及浮油于永辉等人[3]的研究发现当多效蒸发进水SS及油含量低于5mg/L时运行一个半月后换热管上没有出现明显污染而等于5mg/L时运行72小时即出现轻微污染另外根据水?#26159;?#20917;可以在进入蒸发器前投加一定量的阻垢剂以抑制换热设备表面污染的形成

?#25910;?#24037;作中多效蒸发的最后一级换热器设计为强制循环式换热器多效蒸发最后一级换热器中的液体浓度是最高的此时溶液晶体容易析出较易形成垢层采用强制循环蒸发器在换热管表面形成较高的液体流速以减少晶体沉积的概率

2.3.2 消泡

一些废水在蒸发分离室/罐中易起泡而导致蒸发冷凝水?#34892;?#24102;较多的污染物当分离室中的泡沫达到一定高度泡沫?#34892;?#24102;的重组分有机物或盐类易被蒸汽带出分离室而最终进入冷凝水?#23567;?#36890;常对于起泡的废水投加消泡剂来消除泡沫的影响然而?#25910;?#23454;验过程中发现对于特定废水蒸发过程中投加酸控制分离室中的废水pH不小于7可有效控制起泡

2.3.4 液膜破裂防治

研究发现?#30340;?#25442;热器内液膜常发生破裂尤其?#35328;?#21152;热壁面下部形成赶去并出?#32440;?#22434;(结晶)导致局部温度?#26412;?#19978;升而过热或烧毁从而限制了?#30340;?#33976;发器在高盐有机废水方面的应用赵贤广等?#25628;?#31350;了?#30340;?#33976;发过程中液膜破裂的规律并采用50mg/L的表面活性剂2-?#19968;?#24049;醇有效控制了液膜的破裂

2.3.5 能耗

为有效降低蒸发能耗杨洛鹏提出了将水平管低温多效蒸发技术应用于废水处理通过将多效水平管?#30340;?#33976;发器?#32479;?#29087;的竖管?#30340;?#33976;发器耦合能够在混合式废水蒸发器中实现对热量的分级利用废水蒸发的能耗得到了大幅度降低多效水平管?#30340;?#33976;发器增加了废水蒸发的投资成本但在运行费用上具有很大优势

3 结论

综上所述对于高浓度高含盐化工废水尤其是含有有毒难降解物质的工业废水多效蒸发技术正在污水处理领域逐渐受到关注并可有效应用于生化难以处理的废水上或作为生化预处理与传统的高浓度有机废水长流程处理系统相比有一定优势另外多效蒸发还可以作为浓缩手段回收废水中有价值的盐(来源谷腾环保网)

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