隨著化學(xué)工業(yè)進(jìn)程的飛速發(fā)展，各領(lǐng)域產(chǎn)生的高鹽廢水排放量越來越大，其排放對環(huán)境的影響日漸加大，已嚴(yán)重影響環(huán)境生態(tài)和人類健康安全。而高鹽廢水是指其含有機(jī)物和至少3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的總?cè)芙庑怨腆w物的廢水;所含鹽類多以Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等可溶性無機(jī)鹽物質(zhì)為主。水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的頒布，對全面控制污染物排放，狠抓工業(yè)污染防治尤其是對高鹽廢水處理提出更高要求。因此探索行之有效的處理系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)階段廢水處理的熱點(diǎn)研究之一。
1、高鹽廢水處理現(xiàn)狀
1.1 處理工藝方法
目前，高鹽廢水主要采用生物法和非生物法兩種處理方式。生物法主要包括普通活性污泥和生物膜等傳統(tǒng)方法，可去除廢水中有機(jī)物;但由于生物法處理系統(tǒng)與選用工況條件及含鹽水質(zhì)特點(diǎn)有關(guān)。高鹽廢水環(huán)境下的微生物生物代謝處理功能喪失而易失效。非生物法包括蒸發(fā)、焚燒、膜分離、離子交換、電解法等方法。這些處理方法的缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高、易腐蝕、易堵塞、處理周期長及相關(guān)尾氣的處理，使得處理工藝在高鹽廢水中的運(yùn)用存在局限性。
1.2 蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)
采用蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是現(xiàn)在高鹽廢水的處理技術(shù)趨勢。蒸發(fā)是利用加熱方法使溶液中的部分溶劑汽化，從而增加溶液的鹽濃度，為溶質(zhì)的析出創(chuàng)造條件。對預(yù)處理廢水過程產(chǎn)生的高含鹽污水，可通過蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)液體零排放。而蒸發(fā)機(jī)組由蒸發(fā)器、分離器、機(jī)泵、閥門儀表及控制系統(tǒng)組成。
2、內(nèi)置蒸發(fā)器
2.1 內(nèi)置蒸發(fā)器的構(gòu)成及作用
內(nèi)置蒸發(fā)器是一種新型節(jié)能蒸發(fā)器，整體為臥式結(jié)構(gòu)。內(nèi)置蒸發(fā)器的換熱器由減速機(jī)傳動(dòng)，并在蒸發(fā)室內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn);蒸發(fā)器的上部分設(shè)置有汽液分離器。旋轉(zhuǎn)部件周向外側(cè)上裝有螺旋推料帶，可以進(jìn)行物料的攪動(dòng)，從而增加物料溶液對流傳熱。兩端用機(jī)械密封進(jìn)行密封已保證操作工況下的獨(dú)立性。蒸發(fā)室筒體設(shè)置有循環(huán)噴淋蒸發(fā)嘴，可以利用循環(huán)物料對加熱管進(jìn)行在線清洗，而且可以增加蒸發(fā)強(qiáng)度。換熱管束整體設(shè)計(jì)為多流程結(jié)構(gòu)，加熱蒸汽換熱利用，凝水在線無滯留外排，提高熱效率，節(jié)能降耗，且該蒸發(fā)器處理含鹽廢水的系統(tǒng)可根據(jù)含鹽廢水物料參數(shù)進(jìn)行組合，選用機(jī)械壓縮蒸發(fā)、單效及多效蒸發(fā)的工藝使系統(tǒng)本身能基本達(dá)到熱平衡，從而大幅度減少外來新鮮蒸汽的消耗。
2.2 內(nèi)置蒸發(fā)器技術(shù)優(yōu)勢
2.2.1 有效防止堵管
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是由一個(gè)加熱管束內(nèi)置于密閉的蒸發(fā)腔內(nèi)，并在外來機(jī)械力驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，加熱蒸汽由外在進(jìn)口經(jīng)由內(nèi)部蒸汽分配倉再引入加熱管內(nèi)，物料由外管引入蒸發(fā)腔內(nèi)，管內(nèi)蒸汽被管外物料冷凝放出熱量，對物料進(jìn)行加熱并冷凝，物料濃縮結(jié)晶在管外進(jìn)行，不會(huì)因結(jié)晶而堵管。
2.2.2 增加相對速度
由于物料有結(jié)晶傾向的特性，目前強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器依靠外加動(dòng)力(例如泵)迫使流體沿一定方向循環(huán)。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的循環(huán)速度可高達(dá)2m/s，避免了溶液因生垢層和析出晶體二堵管的情況。內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的加熱管束在腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，在刮板及列管束作用下，加熱界面與物料之間相對最大剪切速度達(dá)到12m/s，這個(gè)速度是任何其他形式的蒸發(fā)設(shè)備都不可能達(dá)到的，所以內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)有著獨(dú)特不可比擬的沖刷速度。而對結(jié)晶物料粘壁最有效的方法就是增大物料與加熱界面之間的相對速度，從這個(gè)角度看，內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器抗結(jié)垢物結(jié)壁能力的6倍，是降膜蒸發(fā)器的30倍。所以內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是結(jié)晶結(jié)垢物料最合適的蒸發(fā)形式。
2.2.3 氣液分離器的突出作用
在蒸發(fā)過程中，由于溶液容易氣液夾帶從而影響蒸汽壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)氣液分離器需對二次蒸汽進(jìn)行徹底的分離，保證進(jìn)入壓縮機(jī)的而其蒸氣的純凈，從而有效地保護(hù)了蒸汽壓縮機(jī)高速運(yùn)行的平穩(wěn)和二次蒸汽凝水清潔，可以做到二次蒸汽凝水的充分回用。
2.2.4 降低了投資成本
內(nèi)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器是多個(gè)蒸發(fā)單元集合一體的設(shè)備，整個(gè)機(jī)組組合在一個(gè)鋼架底盤上，設(shè)備總高4m左右，便于實(shí)現(xiàn)殼裝化，用戶方無需搭建鋼架，土建只需合適的承重地面就可以，到貨時(shí)吊車一次吊裝到位，連接外管及電源即可開機(jī)生產(chǎn)，極為方便快捷。
2.3 MVR系統(tǒng)
MVR為機(jī)械蒸汽再壓縮，是借助蒸發(fā)過程環(huán)節(jié)中形成的二次蒸汽的潛熱，進(jìn)一步縮減蒸發(fā)濃縮環(huán)節(jié)能源損耗的一種先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。MVR蒸發(fā)器理論上消耗電能，不需要消耗生蒸汽。電能耗量主要取決于二次蒸汽所需溫升和壓縮機(jī)的效率。其優(yōu)勢是羅列如下，運(yùn)行費(fèi)用低;公用工程配套少;占地空間小;運(yùn)行穩(wěn)定;操作成本低;蒸發(fā)溫和。
3、內(nèi)置蒸發(fā)器MVR的應(yīng)用
MVR技術(shù)是于微真空狀態(tài)進(jìn)行的低溫蒸發(fā)處理，其核心技術(shù)是借助系統(tǒng)形成二次蒸汽的潛熱來對待蒸發(fā)料液的循環(huán)加熱，促進(jìn)熱量綜合利用，達(dá)到水資源可回用利用的目的。將其優(yōu)勢與內(nèi)置蒸發(fā)器相結(jié)合處理高鹽廢水，可以最大化實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)的優(yōu)勢，提高裝置的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)勢互補(bǔ)。
3.1 內(nèi)置蒸發(fā)器MVR系統(tǒng)
高鹽廢水溶液逐步經(jīng)由凝水預(yù)熱器和蒸汽預(yù)熱器進(jìn)行二步預(yù)熱之后進(jìn)入內(nèi)置蒸發(fā)器中，加熱器在蒸發(fā)器殼體內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過蒸汽預(yù)熱熱器產(chǎn)生的余熱使高鹽廢水溶液升溫蒸發(fā)，形成的二次蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)增壓升溫后，轉(zhuǎn)至換熱器的管內(nèi)與蒸發(fā)器內(nèi)廢水溶液進(jìn)行熱量交換，放熱以后形成的凝水通過管道進(jìn)入凝水箱，經(jīng)由凝水泵強(qiáng)化使用。濃縮結(jié)晶物料由出料泵將濃縮液排至濃液罐開展深入結(jié)晶處理。與外置型蒸發(fā)裝置比較，內(nèi)置型蒸發(fā)裝置有著操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、成本低等優(yōu)勢。內(nèi)置型蒸發(fā)MVR系統(tǒng)裝置主體設(shè)備主要包括預(yù)熱器、蒸汽壓縮機(jī)、內(nèi)置蒸發(fā)器等。內(nèi)置蒸發(fā)器MVR系統(tǒng)流程如圖1所示。
3.2 與其他蒸發(fā)技術(shù)對比
系統(tǒng)采用全自動(dòng)操作控制，通過對流量、溫度、壓力以及液位的控制，以達(dá)到自動(dòng)蒸發(fā)、清洗、停機(jī)等操作。自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞，保持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡，若某處故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并顯示報(bào)警位置，方便檢測維護(hù)。相較于多效蒸發(fā)技術(shù)，MVR系統(tǒng)有效彌補(bǔ)了其無法對蒸發(fā)器中全部二次蒸汽予以回收利用的不足，同時(shí)消除了諸多熱能損耗、諸多冷卻水耗費(fèi)這兩方面問題，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。
3.3 MVR系統(tǒng)優(yōu)勢
蒸發(fā)器材質(zhì)能夠適用于處理不同的水質(zhì)要求，應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)備的操作溫度、壓力以及處理物料腐蝕性等指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮和開展，工程運(yùn)用時(shí)做到有的放矢，提高效率。
4、應(yīng)用案例
以某化工廠廢水處理工程為例，該工程采用鹽度8%，溫度20℃，每小時(shí)處理量5t的內(nèi)置蒸發(fā)器MVR系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)三效蒸發(fā)器的蒸汽消耗、電能消耗及循環(huán)水的能耗的綜合能耗分析結(jié)果同比約節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用60%，土建投資減少50萬，其增加的設(shè)備投資只需要十個(gè)月可收回成本，因此該高鹽廢水處理系統(tǒng)的節(jié)能效果相當(dāng)明顯。機(jī)組使用三年來，運(yùn)行狀態(tài)良好。
5、結(jié)語
高鹽廢水處理一直是污水處理領(lǐng)域一項(xiàng)技術(shù)難題，其處理的技術(shù)不斷更新發(fā)展。通過對內(nèi)置蒸發(fā)器MVR系統(tǒng)的分析和工程實(shí)踐證明，將其應(yīng)用于高鹽廢水處理，其顯著特征優(yōu)于傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用，是具有發(fā)展前景的節(jié)能技術(shù)，將逐步得到推廣應(yīng)用。( >
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