多效蒸發(fā)技術(shù)在高濃高鹽廢水處理中的應用

1、隨著化工、制藥、造紙等行業(yè)的發(fā)展，高濃度難降解廢水一直是廢水處理的難點。近年來，零排放及污水回用等生產(chǎn)理 念的推廣，對污水處理及深度提出進一步要求。傳統(tǒng)的物化、生物處理方法處理高濃度難降解廢水時，處理工藝冗長且 復雜。另外，對于高鹽度廢水，因微生物而不能生存而使生物處理法收到限制，或者需要引進大量淡水進行吸收達到微 生物可以耐受的限制后，采用生物處理。近幾年來，在高濃度及/或高鹽度廢水處理領(lǐng)域，蒸發(fā)技術(shù)開始逐漸受到關(guān)注，為長久以來困擾著環(huán)保工作者的難題找到了一個可探索、證實的答案，并已有一定應用。本文結(jié)合筆者工作經(jīng)驗及相關(guān) 文獻報道，對蒸發(fā)在工業(yè)廢水處理的發(fā)展及應用做簡要介紹。采用蒸發(fā)技術(shù)處理

2、高濃度廢水主要利用水（溶劑）與污染物（溶質(zhì)）之間的沸點差異，通過控制廢水在一定溫度、氣壓 下發(fā)生表面或內(nèi)部的氣化，將溶劑與溶質(zhì)分離的過程。經(jīng)過蒸發(fā)，沸點高的污染物被留在蒸發(fā)殘液中，而低沸點的水將 以冷凝液形式排出。根據(jù)蒸發(fā)的原理，只有當污染物與水沸點差異比較大時，才會有較好的分離效果。否則，污染物會 直接蒸發(fā)成為冷凝液的一部分，或者與水產(chǎn)生共沸而進入冷凝液，而導致出水COD升高。因此，對于特定廢水需采用合適的冷凝水處理工藝，使污水處理系統(tǒng)出水達到要求。目前廢水處理中已有應用的蒸發(fā)設備有多效蒸發(fā)器及機械壓縮蒸發(fā)器。結(jié)合筆者的工作，本文就多效蒸發(fā)加以敘述。2多效蒸發(fā)2.1多效蒸發(fā)原理目前蒸發(fā)器的種

3、類很多，就其蒸汽利用角度而言，蒸發(fā)可分為一效至五效。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了減少加熱蒸汽消耗量， 可采用多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)將多組蒸發(fā)器串聯(lián)起來，除第一效蒸發(fā)采用廠區(qū)新鮮蒸汽為熱源，之后的每一效蒸發(fā)利用前 一級產(chǎn)生的二次蒸汽為熱源進行加熱，因此，多效蒸發(fā)明顯降低了加熱蒸汽的消耗量。另外，除最后一效蒸發(fā)器，每一 級蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽在后一級加熱室中作為熱源利用后將成為冷凝水排出，從而大大減少了冷卻水的消耗。表1多效蒸發(fā)的蒸汽及冷卻水消耗單效雙效三效四效五效蒸汽(kg/kg)1.10.570.40.30.27冷卻水（kg/kg）13.56.754.53.882.7由表1看出，隨著多效蒸發(fā)級數(shù)的增加，處理單

4、位廢水所需的蒸汽量及冷凝水量遞減。然而，隨著蒸發(fā)效數(shù)的增加公用 消耗的減少程度逐漸趨緩，如圖1所示。當蒸發(fā)級數(shù)大于三效時，新鮮蒸汽及冷卻水用量的減少量明顯降低。圖1處理單位廢水蒸汽及冷卻水消耗與蒸發(fā)效數(shù)的關(guān)系在設計多效蒸發(fā)器時，不僅需要考慮降低系統(tǒng)能耗，還需考慮設備投資及溫差限制的因素。在廢水處理中，尤其當多效 蒸發(fā)系統(tǒng)應用于氯離子含量較高的廢水濃縮時，對設備材質(zhì)的要求會較高。在需要保證一定使用年限的前提下，對于特 定廢水蒸發(fā)設備甚至需要用到鈦材。因此，在采用考慮設計多效蒸發(fā)時，需考慮設備投資的經(jīng)濟性對蒸發(fā)級數(shù)的影響。另外，由于裝置總溫差是一定的，各單效的有效溫差比總溫差小很多，從而導致相同總

5、溫差下，多效蒸發(fā)的生產(chǎn)力要低 于單效蒸發(fā)器。相關(guān)文獻表明，在目前廢水處理領(lǐng)域中，三效蒸發(fā)應用較多。2. 2多效蒸發(fā)在廢水處理中的應用在廢水處理中，多效蒸發(fā)被用來濃縮工業(yè)廢水回收有價值的成分，或者得到潔凈的冷凝水用以回用。 然而在實際應用中，冷凝水中常帶有低沸點組分的有機污染物，為達標排放通常在多效蒸發(fā)后設計生化工藝來進一步去除水中的有機物。2.2.1用于高鹽廢水預處理筆者在工作中曾參與高含鹽表面活性劑廢水處理的設計。該廢水水量小，CODcr約50006000mg/L , TDS含量高達30000mg/L，很顯然微生物很難在該高鹽環(huán)境下正常生長。初步論證后，采用蒸發(fā)+生化為主的工藝處理該廢水。蒸

6、發(fā)后幾乎所有鹽分將留在蒸發(fā)濃液中，而大部分冷凝水排出蒸發(fā)系統(tǒng)進一步處理后回用。通過小試發(fā)現(xiàn)，廢水蒸發(fā)濃縮至 10%時，冷凝水中的CODcr降至600800mg/L，濃液TDS含量約30%。在設計過程中，采用較為經(jīng)濟、節(jié)能的三效 蒸發(fā)處理原水。蒸發(fā)器的一效、二效采用降膜換熱器，獲得較高的換熱效率，而第三效加熱室則采用強制循環(huán)換熱器，以克服由被加熱介質(zhì)高濃度而引起的設備結(jié)垢等問題。蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝液經(jīng)換熱后（低于 32C），排入MBR池進一步 降解，由于進入冷凝液中的有機物大多為低分子易降解有機物，MBR出水經(jīng)過NaCI消毒可達到城市雜用水回用標準。另外，為確保進蒸發(fā)系統(tǒng)的SS及CODcr控制在一定

7、范圍內(nèi)以免設備結(jié)垢及傳熱效率受到抑制，在蒸發(fā)前還設置了混凝/絮凝-板框過濾對蒸發(fā)進水進行預處理。系統(tǒng)處理流程如圖2所示。圖2三效蒸發(fā)-生化處理高鹽表面活性劑廢水流程方麗萍等人采用三效蒸發(fā)+生化的組合工藝處理甲硝唑工業(yè)廢水，出水水質(zhì)達到污水綜合排放標準一級排放標準的要求。該工藝首先采用多效蒸發(fā)去除廢水中大部分鹽分和對微生物有毒且難降解的有機物。之后采用氨吹脫去除冷凝水中游離氨，水解酸化+A/O去除有機物。曹紅等人采用三效蒸發(fā)預處理高含鹽且CODcr高達幾十萬的農(nóng)藥廢水，不僅有效的去除了廢水中的鹽分，還去除了部分有毒難降解CODcr，為后續(xù)生化處理奠定基礎(chǔ)。杭州升藍環(huán)保設備科技有限公司在 07年就

8、已經(jīng)將三效蒸發(fā)用于高濃度廢水綜合治理。對乙酰氨基酚醫(yī)藥生產(chǎn)廢水采用 三效蒸發(fā)技術(shù)處理，CODcr去除去率99.95，CODcr由30g/L降低至0.15g/L，對乙酰氨基酚回收率達98%。含鹽量很 高的化工染料及中間體生產(chǎn)廢水采用雙相不銹鋼及SS316L為材質(zhì)的三效蒸發(fā)器進行濃縮處理，鹽分去除率達98%99%，出水CODcr在1000mg/L以下，為后續(xù)處理創(chuàng)造有利條件。多效蒸發(fā)用于垃圾滲瀝液處理，出水達到排放 標準，而成分復雜、毒性高、含鹽量高的母液則采用水泥或瀝青固化處理。郗金娥等人利用二效蒸發(fā)系統(tǒng)回收醫(yī)藥中間體廢水中的鈉鹽。蒸發(fā)出的冷凝水經(jīng)過臭氧預處理后與洗滌廢水、生活污水 混合進入?yún)捬?/p>

9、-好氧生化處理系統(tǒng)及后續(xù)高級氧化系統(tǒng)，最終出水達標排放。徐鵬等人采用蒸發(fā)-UASB-SBR工藝處理制藥廢水，當進水 CODcr、鹽濃度分別為1500020000mg/L、4090mg/L，出水達到化學合成類制藥工業(yè)水污染排放標準的要求。2.2.2用于分離、濃縮或回收無機鹽于永輝等人利用四效蒸發(fā)器處理高鹽高硬度稠油廢水，淡水產(chǎn)率為70%時，蒸發(fā)器出水總硬度0.1mg/L , SS為1.1mg/L ,油含量0.2mg/L , TDS含量20mg/L，達到熱采鍋爐用水水質(zhì)標準。根據(jù)稠油污水特點，在多效蒸發(fā)器前設計預處理單元除去污水中的油及懸浮物，防止多效蒸發(fā)器和換熱器污染、堵塞。預處理單元依次為斜板

10、氣浮，核桃殼過濾器，砂濾器。鄭賢助等人采用兩效蒸發(fā)回收羧甲基纖維素鈉 (CMC)生產(chǎn)廢水中的氯化鈉及羥基乙酸鈉，同時獲得 95%的CODcr去除 率。鄭等人采用分步蒸發(fā)，分別在兩次蒸發(fā)中回收氯化鈉及羥基乙酸鈉。第一次對氯化鈉的回收效率達到85%，晶體純度較高；第二次蒸發(fā)采用的是第一次蒸發(fā)離心后的鹽母液，回收的羥基乙酸鈉可外賣提純。朱壽川報道了還原-中和-沉淀預處理+四效蒸發(fā)工藝處理沉釩廢水，系統(tǒng)出水達到綜合排放標準一級要求。其中，預處理工藝對廢水中六價鉻及五價釩的去處理均達 98%以上，蒸發(fā)濃縮后的硫酸鹽渣中 Na2SO4含量達到70%以上，可作為 生產(chǎn)原料。續(xù)京等人對馬鈴薯淀粉廢水進行預處理

11、后，采用四效蒸發(fā)回收潔凈的冷凝液用于生產(chǎn)線回用，而母液則作為有機肥處置。趙斌等人采用三效錯流降膜及蒸汽噴射熱泵的工藝濃縮氯化銨廢水，不僅回收了氯化銨晶體，還從根本上解決了氯化銨工業(yè)廢水對環(huán)境造成的氨氮污染。該蒸發(fā)工藝引進了蒸汽噴射式熱泵，利用高壓生蒸汽將一效蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮后，將低品位的二次蒸汽變?yōu)楦咂肺徽羝麑σ恍д舭l(fā)器進行加熱，進一步降低系統(tǒng)能耗。2. 3多效蒸發(fā)系統(tǒng)運行2.3.1結(jié)垢防治工業(yè)廢水通常成分復雜，對于高濃度有機廢水更是如此。因此，在利用多效蒸發(fā)處理高濃度有機廢水時需進行預處理，主要需去除水中懸浮物(SS)及浮油。于永輝等人的研究發(fā)現(xiàn)，當多效蒸發(fā)進水SS及油含量低于5mg/

12、L時，運行一個半月后換熱管上沒有出現(xiàn)明顯污染，而等于 5mg/L時，運行72小時即出現(xiàn)輕微污染。另外，根據(jù)水質(zhì)情況，可以在進入蒸發(fā)器前投加一定量的阻垢劑以抑制換熱設備表面污染的形成。筆者工作中多效蒸發(fā)的最后一級換熱器設計為強制循環(huán)式換熱器。多效蒸發(fā)最后一級換熱器中的液體濃度是最高的，此時溶液晶體容易析出，較易形成垢層。采用強制循環(huán)蒸發(fā)器，在換熱管表面形成較高的液體流速，以減少晶體沉積的概232消泡一些廢水在蒸發(fā)分離室/罐中易起泡而導致蒸發(fā)冷凝水中攜帶較多的污染物。當分離室中的泡沫達到一定高度，泡沫中攜帶的重組分有機物或鹽類，易被蒸汽帶出分離室而最終進入冷凝水中。通常對于起泡的廢水投加消泡劑來消除泡沫的影響。然而，筆者實驗過程中發(fā)現(xiàn)，對于特定廢水，蒸發(fā)過程中投加酸控制分離室中的廢水pH不小于7，可有效控制起泡。234液膜破裂防治研究發(fā)現(xiàn)，降膜換熱器內(nèi)液膜常發(fā)生破裂，尤其已在加熱壁面下部形成趕去并出現(xiàn)結(jié)垢（結(jié)晶），導致局部溫度急劇上升而過熱或燒毀，從而限制了降膜蒸發(fā)器在高鹽有機廢水方面的應用。趙賢廣等人研究了降膜蒸發(fā)過程中液膜破裂的規(guī)律，并采用50mg/L的表面活性劑2-乙基己醇，有效控制了液膜的破裂。235能耗為有效降低蒸發(fā)能耗，楊洛鵬提出了將水平管低溫多效蒸發(fā)技術(shù)應用于廢水處理。通過將多效水平管降膜蒸發(fā)器和成熟 的豎管降膜蒸發(fā)器耦合，能夠在混合式廢水蒸發(fā)器中實現(xiàn)對熱量