三效蒸发器应用于高含盐废水处理
1 绪论
高含盐废水是指含至少总溶解固体TDS(Total Dissolved Solid)和有机物的质量分数大于等于3.5%的废水，包括高盐生活废水和高盐工业废水。主要来源于 直接利用海水的工业生产、生活污水和食品加工厂、 制药厂、化工厂及石油和天然气的采集加工等。这些 废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐， 如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等离子。这些高盐、高有机物 废水，若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活 饮用水和工农业生产用水产生极大危害。该类浓废水的 共同特点是：不能简单地用生化处理，且物化处理过程 较复杂，处理费用较高，是污水处理行业公认的高难度 处理废水[1]。
2 高含盐废水处理技术
关于高含盐废水的处理技术，国内外已经研究了几 十年，目前通常采用的方法主要包括：生物法、SBR工 艺法和三效蒸发器脱盐法等。
2.1 生物法
生物处理是目前废水处理最常用的方法之一，具有 应用范围广、适应性强等特点[2]。化工废水如染料、农 药、医药中间体等含盐量较高的废水，污染严重，必须 经过处理才能排放。况且，此类废水成分复杂，不具备 回收价值，采用其他处理方法成本较高，因此生物处理 仍是首选的方法。无机盐类在微生物生长过程中起着促 进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的重要作用，但盐 浓度过高，会对微生物的生长产生抑制作用，主要原因 在于：
(1)盐浓度过高时渗透压高，使微生物细胞脱水引 起细胞原生质分离;
(2)高含盐情况下因盐析作用而使脱氢酶活性降 低;
(3)高氯离子浓度对细菌有毒害作用;
(4)由于污水的密度增加，活性污泥容易上浮流 失。
为此，高含盐废水的生物处理需要进行稀释，通常 在低盐浓度下(盐浓度小于1%)运行，因而会造成水资源的浪费，同时由于处理设施庞大也会造成投资增加、 运行费用提高。随着水资源的日趋紧张，国家出台的保 护水资源的各项法规和收费措施，给高含盐废水处理的 企业带来了负担。
2.2 SBR工艺
SBR是序批间歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的简称，是一种按间 歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批 式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采 用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳 定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统 的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操 作[3]。SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初 沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。 SBR工艺的优点主要有：
(1)池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好;
(2)运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉 淀，需要时间短、效率高，出水水质好;
(3)耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有 稀释、缓冲作用;
(4)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行 调整，运行灵活;
(5)处理设备少，构造简单，便于操作和维护管 理;
(6)反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，能有效控 制活性污泥膨胀;
(7)SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利 于污废水处理厂的扩建和改造;
(8)通过适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌 氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果;
(9)工艺流程简单、造价低。
尽管SBR工艺在废水处理工程中有如此多的优点， 但是对于高含盐废水的处理还存在一些难点，需要进一 步克服。主要难点有：
(1)废水中含盐量的增加，对废水处理系统的硝 化能力影响较大;
(2)废水中含盐量较多时，浮力较大，不容易沉 淀;
(3)多数高含盐废水中含有有害有机物等其他杂 质，不能通过SBR工艺加以去除;
(4)SBR工艺自动化要求程度高;
(5)后处理设备要求较多，如消毒设备、接触池容 积，以及排水设施如排水管道等都要求很高。
2.3 三效蒸发器脱盐法
蒸发是现代化工单元操作之一，即用加热的方法使 溶液中的部分溶剂汽化并去除，以提高溶液的浓度，或 为溶质析出创造条件[4]。三效蒸发器脱盐法是利用浓缩 结晶系统将废液中的无机盐通过蒸发的方式加以去除的 方法。三效蒸发器是由相互串联的三个蒸发器组成，低 温(90℃左右)加热蒸气被引入第一效，加热其中的废 液，产生的蒸气被引入第二效作为加热蒸气，使第二效 的废液以比第一效更低的温度蒸发，这个过程一直重复 到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇 集后作为淡化水输出，一份的蒸气投入，可以蒸发出多 倍的水出来。同时，高盐废水经过由第一效到最末效的 依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出，由此实现 盐分与废水的固液分离。
在含盐废水的处理过程中，含盐废水进入三效浓缩 结晶装置，经过三效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为 淡化水(淡化水可能含有微量低沸点有机物)和浓缩晶 浆废液;无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处 理为无机盐废渣;不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚 筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理;淡化水可返回生 产系统替代软化水加以利用。
三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围 广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，随着化工 产业的发展，越来越多的高含盐废水需要处理，三效蒸 发器脱盐法的应用将越来越广泛。
3 三效蒸发器
3.1 三效蒸发器应用范围
三效蒸发器可应用于处理化工生产、食品加工厂、 医药生产、石油和天然气采集加工等企业在工艺生产过 程中产生的高含盐废水，适宜处理的废水含盐量为3.5% ～25%(质量百分比)，COD浓度为2000～10,000ppm。
3.2 三效蒸发器组成及原理
三效蒸发器主要由相互串联的三组蒸发器、冷凝 器、盐分离器和辅助设备等组成(如图所示)。 三组蒸发器以串联的形式运行，组成三效蒸发器。 整套蒸发系统采用连续进料、连续出料的生产方式。高 含盐废水首先进入一效强制循环结晶蒸发器，结晶蒸发 器配有循环泵，将废水打入蒸发换热室，在蒸发换热室内，外接蒸气液化产生汽化潜热，对废水进行加热。由 于蒸发换热室内压力较大，废水在蒸发换热室中在高于 正常液体沸点压力下加热至过热。加热后的液体进入结 晶蒸发室后，废水的压力迅速下降导致部分废水闪蒸， 或迅速沸腾。废水蒸发后的蒸气进入二效强制循环蒸发 器作为动力蒸气对二效蒸发器进行加热，未蒸发废水和 盐分暂存在结晶蒸发室。一效、二效、三效强制循环蒸 发器之间通过平衡管相通，在负压的作用下，高含盐废 水由一效向二效、三效依次流动，废水不断地被蒸发， 废水中盐的浓度越来越高，当废水中的盐分超过饱和状 态时，水中盐分就会不断地析出，进入蒸发结晶室的下 部的集盐室。吸盐泵不断将含盐的废水送至旋涡盐分离 器，在旋涡盐分离器内，固态的盐被分离进入储盐池， 分离后的废水进入二效强制循环蒸发器加热，整个过程 周而复始，实现水与盐的最终分离。。
冷凝器连接有真空系统，真空系统抽掉蒸发系统内 产生的未冷凝气体，使冷凝器和蒸发器保持负压状态， 提高蒸发系统的蒸发效率。在负压的作用下，三效强制 循环蒸发器中的废水产生的二次蒸气自动进入冷凝器， 在循环冷却水的冷却下，废水产生的二次蒸气迅速转变 成冷凝水。冷凝水可采用连续出水的方式，回收至回用 水池。
三效蒸发器工艺流程图
4 三效蒸发器应用实例
4.1 处理对象及处理工艺
高含盐废水的主要成分为15%氯化钠溶液，废水pH 值为6～8，废水COD为50,000ppm。处理量为3t/h。 根据高含盐废水的特性，工艺设计按照三效蒸发器 进行设计，根据计算，确定的三效蒸发器的主要技术参 数如下：
蒸发量Q=30 0 0kg / h(每小时蒸发水分30 0 0kg); 实际蒸气耗量Q=120 0kg/h(进气压力0.3～0.4MPa); 一效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.03MPa; 二效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.06MPa; 三效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.085MPa;循 环冷却水耗量Q=40t/h;冷凝冷却面积A=240m2;机组总 功率P=25kW;机组占地面积为长10m×宽5m×高4m。 根据工艺，充分考虑废水对设备的腐蚀性，且本着 在满足使用性的前提下尽量节约成本的原则，系统设备 选材如下：
1)蒸发器本体选择碳钢重防腐，可耐120℃以内 酸、碱、盐溶液的腐蚀;2)加热器选择Ta1钛管;3) 冷凝冷却器列管选用316L不锈钢;4)出料螺杆泵选用 316L不锈钢材质;5)回收水罐及闪蒸罐选用碳钢喷涂 防腐涂料;6)工艺管道、管件、阀门选用316L不锈钢 +PPR材质;7)结晶罐选用碳钢重防腐。
4.2 处理结果及存在的问题
高含盐废水经三效蒸发器处理后，产生了结晶盐、 有机物浓缩废液和淡化水，结晶盐和有机物浓缩废液送 到危险废物处置中心集中焚烧处置，淡化水回用到生产 中进一步利用。
通过本系统的运行发现，尽管三效蒸 发器可以有效处理高含盐废水，但是还存 在一些问题需要进一步克服，主要表现 在：
(1)废水处理成本高。由于被处理的 废水多有腐蚀性，所以设备的选材需要考 虑抗腐蚀性，成本较高。
(2)整套设备运行过程中腐蚀严重， 寿命短。在三效蒸发器的设计中，虽然尽 量选用抗腐蚀的材料，但是并不能避免腐 蚀，尚存在设备使用寿命较短的问题，需要及时更换。
(3)三效蒸发器处理高含盐废水需要大量的蒸气， 很多地方不具备条件。
(4)通过三效蒸发器处理后的高含盐废水还需要送 人危险废物处置中心做进一步处理。
5 结论
高含盐废水必须经过适当处理后才能回归环境。实践证明，传统的废水处理方法并不适宜处理高含盐废 水。在众多的高含盐废水处理技术中，三效蒸发器脱盐 法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处 理速度快、节能等优点，在国内具有较大的发展前景。 虽然，三效蒸发器存在着处理成本高、设备使用寿命 短、需要蒸气量大等缺点，但是随着技术的进一步发 展，该技术在高含盐废水处理领域中的应用会进一步 扩大。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
