三效蒸發器應用于高含鹽廢水處理
1 緒論
高含鹽廢水是指含至少總溶解固體TDS(Total Dissolved Solid)和有機物的質量分數大于等于3.5%的廢水，包括高鹽生活廢水和高鹽工業廢水。主要來源于 直接利用海水的工業生產、生活污水和食品加工廠、 制藥廠、化工廠及石油和天然氣的采集加工等。這些 廢水中除了含有有機污染物外，還含有大量的無機鹽， 如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機物 廢水，若未經處理直接排放，勢必會對水體生物、生活 飲用水和工農業生產用水產生極大危害。該類濃廢水的 共同特點是：不能簡單地用生化處理，且物化處理過程 較復雜，處理費用較高，是污水處理行業公認的高難度 處理廢水[1]。
2 高含鹽廢水處理技術
關于高含鹽廢水的處理技術，國內外已經研究了幾 十年，目前通常采用的方法主要包括：生物法、SBR工 藝法和三效蒸發器脫鹽法等。
2.1 生物法
生物處理是目前廢水處理最常用的方法之一，具有 應用范圍廣、適應性強等特點[2]。化工廢水如染料、農 藥、醫藥中間體等含鹽量較高的廢水，污染嚴重，必須 經過處理才能排放。況且，此類廢水成分復雜，不具備 回收價值，采用其他處理方法成本較高，因此生物處理 仍是首選的方法。無機鹽類在微生物生長過程中起著促 進酶反應，維持膜平衡和調節滲透壓的重要作用，但鹽 濃度過高，會對微生物的生長產生抑制作用，主要原因 在于：
(1)鹽濃度過高時滲透壓高，使微生物細胞脫水引 起細胞原生質分離;
(2)高含鹽情況下因鹽析作用而使脫氫酶活性降 低;
(3)高氯離子濃度對細菌有毒害作用;
(4)由于污水的密度增加，活性污泥容易上浮流 失。
為此，高含鹽廢水的生物處理需要進行稀釋，通常 在低鹽濃度下(鹽濃度小于1%)運行，因而會造成水資源的浪費，同時由于處理設施龐大也會造成投資增加、 運行費用提高。隨著水資源的日趨緊張，國家出臺的保 護水資源的各項法規和收費措施，給高含鹽廢水處理的 企業帶來了負擔。
2.2 SBR工藝
SBR是序批間歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的簡稱，是一種按間 歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批 式活性污泥法。與傳統污水處理工藝不同，SBR技術采 用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩 定生化反應替代穩態生化反應，靜置理想沉淀替代傳統 的動態沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操 作[3]。SBR技術的核心是SBR反應池，該池集均化、初 沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統。 SBR工藝的優點主要有：
(1)池內厭氧、好氧處于交替狀態，凈化效果好;
(2)運行效果穩定，污水在理想的靜止狀態下沉 淀，需要時間短、效率高，出水水質好;
(3)耐沖擊負荷，池內有滯留的處理水，對污水有 稀釋、緩沖作用;
(4)工藝過程中的各工序可根據水質、水量進行 調整，運行靈活;
(5)處理設備少，構造簡單，便于操作和維護管 理;
(6)反應池內存在DO、BOD5濃度梯度，能有效控 制活性污泥膨脹;
(7)SBR法系統本身也適合于組合式構造方法，利 于污廢水處理廠的擴建和改造;
(8)通過適當控制運行方式，實現好氧、缺氧、厭 氧狀態交替，具有良好的脫氮除磷效果;
(9)工藝流程簡單、造價低。
盡管SBR工藝在廢水處理工程中有如此多的優點， 但是對于高含鹽廢水的處理還存在一些難點，需要進一 步克服。主要難點有：
(1)廢水中含鹽量的增加，對廢水處理系統的硝 化能力影響較大;
(2)廢水中含鹽量較多時，浮力較大，不容易沉 淀;
(3)多數高含鹽廢水中含有有害有機物等其他雜 質，不能通過SBR工藝加以去除;
(4)SBR工藝自動化要求程度高;
(5)后處理設備要求較多，如消毒設備、接觸池容 積，以及排水設施如排水管道等都要求很高。
2.3 三效蒸發器脫鹽法
蒸發是現代化工單元操作之一，即用加熱的方法使 溶液中的部分溶劑汽化并去除，以提高溶液的濃度，或 為溶質析出創造條件[4]。三效蒸發器脫鹽法是利用濃縮 結晶系統將廢液中的無機鹽通過蒸發的方式加以去除的 方法。三效蒸發器是由相互串聯的三個蒸發器組成，低 溫(90℃左右)加熱蒸氣被引入第一效，加熱其中的廢 液，產生的蒸氣被引入第二效作為加熱蒸氣，使第二效 的廢液以比第一效更低的溫度蒸發，這個過程一直重復 到最后一效。第一效凝水返回熱源處，其它各效凝水匯 集后作為淡化水輸出，一份的蒸氣投入，可以蒸發出多 倍的水出來。同時，高鹽廢水經過由第一效到最末效的 依次濃縮，在最末效達到過飽和而結晶析出，由此實現 鹽分與廢水的固液分離。
在含鹽廢水的處理過程中，含鹽廢水進入三效濃縮 結晶裝置，經過三效蒸發冷凝的濃縮結晶過程，分離為 淡化水(淡化水可能含有微量低沸點有機物)和濃縮晶 漿廢液;無機鹽和部分有機物可結晶分離出來，焚燒處 理為無機鹽廢渣;不能結晶的有機物濃縮廢液可采用滾 筒蒸發器，形成固態廢渣，焚燒處理;淡化水可返回生 產系統替代軟化水加以利用。
三效蒸發器脫鹽法具有技術成熟、可處理廢水范圍 廣、占地面積小、處理速度快、節能等優點，隨著化工 產業的發展，越來越多的高含鹽廢水需要處理，三效蒸 發器脫鹽法的應用將越來越廣泛。
3 三效蒸發器
3.1 三效蒸發器應用范圍
三效蒸發器可應用于處理化工生產、食品加工廠、 醫藥生產、石油和天然氣采集加工等企業在工藝生產過 程中產生的高含鹽廢水，適宜處理的廢水含鹽量為3.5% ～25%(質量百分比)，COD濃度為2000～10,000ppm。
3.2 三效蒸發器組成及原理
三效蒸發器主要由相互串聯的三組蒸發器、冷凝 器、鹽分離器和輔助設備等組成(如圖所示)。 三組蒸發器以串聯的形式運行，組成三效蒸發器。 整套蒸發系統采用連續進料、連續出料的生產方式。高 含鹽廢水首先進入一效強制循環結晶蒸發器，結晶蒸發 器配有循環泵，將廢水打入蒸發換熱室，在蒸發換熱室內，外接蒸氣液化產生汽化潛熱，對廢水進行加熱。由 于蒸發換熱室內壓力較大，廢水在蒸發換熱室中在高于 正常液體沸點壓力下加熱至過熱。加熱后的液體進入結 晶蒸發室后，廢水的壓力迅速下降導致部分廢水閃蒸， 或迅速沸騰。廢水蒸發后的蒸氣進入二效強制循環蒸發 器作為動力蒸氣對二效蒸發器進行加熱，未蒸發廢水和 鹽分暫存在結晶蒸發室。一效、二效、三效強制循環蒸 發器之間通過平衡管相通，在負壓的作用下，高含鹽廢 水由一效向二效、三效依次流動，廢水不斷地被蒸發， 廢水中鹽的濃度越來越高，當廢水中的鹽分超過飽和狀 態時，水中鹽分就會不斷地析出，進入蒸發結晶室的下 部的集鹽室。吸鹽泵不斷將含鹽的廢水送至旋渦鹽分離 器，在旋渦鹽分離器內，固態的鹽被分離進入儲鹽池， 分離后的廢水進入二效強制循環蒸發器加熱，整個過程 周而復始，實現水與鹽的最終分離。。
冷凝器連接有真空系統，真空系統抽掉蒸發系統內 產生的未冷凝氣體，使冷凝器和蒸發器保持負壓狀態， 提高蒸發系統的蒸發效率。在負壓的作用下，三效強制 循環蒸發器中的廢水產生的二次蒸氣自動進入冷凝器， 在循環冷卻水的冷卻下，廢水產生的二次蒸氣迅速轉變 成冷凝水。冷凝水可采用連續出水的方式，回收至回用 水池。
三效蒸發器工藝流程圖
4 三效蒸發器應用實例
4.1 處理對象及處理工藝
高含鹽廢水的主要成分為15%氯化鈉溶液，廢水pH 值為6～8，廢水COD為50,000ppm。處理量為3t/h。 根據高含鹽廢水的特性，工藝設計按照三效蒸發器 進行設計，根據計算，確定的三效蒸發器的主要技術參 數如下：
蒸發量Q=30 0 0kg / h(每小時蒸發水分30 0 0kg); 實際蒸氣耗量Q=120 0kg/h(進氣壓力0.3～0.4MPa); 一效蒸發器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.03MPa; 二效蒸發器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.06MPa; 三效蒸發器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.085MPa;循 環冷卻水耗量Q=40t/h;冷凝冷卻面積A=240m2;機組總 功率P=25kW;機組占地面積為長10m×寬5m×高4m。 根據工藝，充分考慮廢水對設備的腐蝕性，且本著 在滿足使用性的前提下盡量節約成本的原則，系統設備 選材如下：
1)蒸發器本體選擇碳鋼重防腐，可耐120℃以內 酸、堿、鹽溶液的腐蝕;2)加熱器選擇Ta1鈦管;3) 冷凝冷卻器列管選用316L不銹鋼;4)出料螺桿泵選用 316L不銹鋼材質;5)回收水罐及閃蒸罐選用碳鋼噴涂 防腐涂料;6)工藝管道、管件、閥門選用316L不銹鋼 +PPR材質;7)結晶罐選用碳鋼重防腐。
4.2 處理結果及存在的問題
高含鹽廢水經三效蒸發器處理后，產生了結晶鹽、 有機物濃縮廢液和淡化水，結晶鹽和有機物濃縮廢液送 到危險廢物處置中心集中焚燒處置，淡化水回用到生產 中進一步利用。
通過本系統的運行發現，盡管三效蒸 發器可以有效處理高含鹽廢水，但是還存 在一些問題需要進一步克服，主要表現 在：
(1)廢水處理成本高。由于被處理的 廢水多有腐蝕性，所以設備的選材需要考 慮抗腐蝕性，成本較高。
(2)整套設備運行過程中腐蝕嚴重， 壽命短。在三效蒸發器的設計中，雖然盡 量選用抗腐蝕的材料，但是并不能避免腐 蝕，尚存在設備使用壽命較短的問題，需要及時更換。
(3)三效蒸發器處理高含鹽廢水需要大量的蒸氣， 很多地方不具備條件。
(4)通過三效蒸發器處理后的高含鹽廢水還需要送 人危險廢物處置中心做進一步處理。
5 結論
高含鹽廢水必須經過適當處理后才能回歸環境。實踐證明，傳統的廢水處理方法并不適宜處理高含鹽廢 水。在眾多的高含鹽廢水處理技術中，三效蒸發器脫鹽 法具有技術成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處 理速度快、節能等優點，在國內具有較大的發展前景。 雖然，三效蒸發器存在著處理成本高、設備使用壽命 短、需要蒸氣量大等缺點，但是隨著技術的進一步發 展，該技術在高含鹽廢水處理領域中的應用會進一步 擴大。
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