污水處理蒸發系統運行總結

魯麗敏，盧建國

（內蒙古億利化學工業有限公司生產部，內蒙古 鄂爾多斯 014300）

污水處理蒸發系統運行總結

魯麗敏，盧建國

（內蒙古億利化學工業有限公司生產部，內蒙古 鄂爾多斯 014300）

介紹了采用降膜式蒸發技術將濃水進一步濃縮的工藝原理以及蒸發裝置開車后的運行狀況、環保效益分析。

蒸發；環保效益

內蒙古億利化學工業有限公司現有50萬t/a聚氯乙烯和37萬t/a燒堿生產能力。污水處理裝置包括一套生化污水處理系統和一套污水深度處理系統。采用化學氧化還原、混凝凝集、生物水解酸化、好氧生化法的處理工藝。經過生化處理后的廢水再進行深度處理。未受化學污染的生產清凈下水和經過生化處理的污水進入污水深度處理系統處理后，成為高標準的產品水，回用于化工脫鹽水、化工循環水和發電水化裝置。生化污水處理系統的設計處理水量為最大日處理能力17 570 m3/d，生化污水處理系統出水水質達到《燒堿、聚氯乙烯工業水污染物排放標準》（GB15581-95）和 《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的一級標準。污水深度處理系統的設計處理水量為最大處理能力13 920 m3/d。

生化污水處理崗位是處理公司所產生的工業及生活污水。污水中的大量有機物及少量的有毒有害的物質，通過生化處理工藝使水中的物質成為無毒無害的穩定的化合物及微生物生長繁殖的養料。處理后的污水全部回到污水深度處理系統。污水深度處理是處理公司所產生的工業廢水及經過生化處理的污水。經過處理后的產品水回用于脫鹽水、循環水和水化裝置。產生的濃水外排。

為適應國家環保政策要求，實現污水零排放，該公司蒸發系統技改項目由美國GE公司設計，采用降膜式蒸發原理于2015年4月開工建設，2015年12月31日投入運行，經過一段時期的運行，目前生產平穩，各項指標正常，新建蒸發系統最大處理能力170 m3/h，達到了預期目的。

1　蒸發工藝介紹

1.1蒸發原理[1]

1.1.1降膜式蒸發器工作原理

降膜式蒸發器貯水箱中的濃水持續循環地被泵送至頂部的導熱管，通過鹽水分布器分流，流入了每根管子，然后在管內壁形成了一層薄膜，一部分薄膜會被蒸發。分布器能夠保證管子內部充分地濕潤而最大程度減少結垢。由于壓縮蒸汽的熱力循環，壓縮蒸汽進入垂直管子的壁外。由于壓縮蒸汽和鹽水膜的溫度差，壓縮蒸汽把一部分熱量傳遞給了往下降的鹽水，壓縮蒸汽釋放熱量時，在換熱管外壁上冷凝成蒸餾水。這股蒸餾水會在底部聚集，然后通過處理液體和蒸汽的管道流入儲存罐待用。一小股來自儲存罐的蒸餾水使蒸發容器保持一定的正壓力。蒸餾水通過換熱器把熱量傳遞給了流入的廢水。蒸餾水然后被輸送到化工脫鹽、水化再回用。

1.1.2晶種懸液阻垢原理

為了避免在蒸發器里的結垢現象，在蒸發器首次啟動前，需要在水體里添加硫酸鈣作為“晶種”。這些可以在濃水中循環的固體作為晶核，使高含鹽濃縮廢水中的硫酸鈣結晶增長。然后那些變大的顆粒可以通過循環泵的機械攪拌打碎，從而給系統提供新的“晶種”來源，這是一個自動完成的過程。晶種只需要在蒸發器調試啟動時投加，系統運行后就不需要再加入任何“種子”。

由于水在管子里通過鹽水膜的形式蒸發出來，剩余的鹽水膜過度飽和之后，硫酸鈣，磷酸鈣，氟化鈣，硅和另外一些混合物開始沉淀。沉淀的物質促使了晶體在原有晶種上的成長，而不是在新的結晶核上成長，因為這可能會在導熱管表面沉積下來。硅和另外一些晶體則會自動吸附在硫酸鈣的晶體上。這樣的防止結垢機制叫做選擇性結晶，能很好的保證傳熱表面干凈。

1.2蒸發系統工藝流程

污水蒸發系統處理的水來自于污水深度處理系統產生的反滲透濃水及經過預處理和中和后的含汞廢水的混合水。

1.2.1進水預處理系統

反滲透濃水被收集到反滲透濃水箱，在此處濃水會被計量流量并在均衡水罐中和后的含汞廢水混合。在均衡水罐中投加鹽酸，完成混合液初始降低pH的工作。然后進水被泵送至蒸發器給水罐，在此處pH被鹽酸進一步調節。pH調整后的進水被蒸發器給水泵連續泵送至脫氣塔，中途原水經過蒸餾水換熱器和蒸汽換熱器，在原水進入蒸發器鹽水槽前，脫氣塔把原水中的不凝氣體脫除。另外，蒸發器給水箱中還投加了阻垢劑用來最大限度降低碳酸鈣在蒸餾水換熱器、蒸汽換熱器和脫氣塔中結垢的風險。同時向蒸發器進水罐中投加阻垢劑以降低罐體內的碳酸鈣結垢傾向。

1.2.2進水換熱系統

這股酸化水從蒸發器進水罐被泵輸送出來，經過蒸餾水換熱器進入蒸汽換熱器，并在此被進一步加熱。

1.2.3脫氣系統

經過加熱的廢水此時已經接近沸點，通過除氧器頂部的噴嘴均勻布灑到除氧器填料表面。逆向流動的蒸汽接觸到跌落的進水并對其中的不凝氣體進行脫除。脫除的氣體和蒸汽放空到大氣中。進水在除氧器的底部匯集，并在此處監測pH值，對進入到除氧器內的進水進一步加酸調節。

1.2.4循環系統

脫除氣體后的進水被二次給水泵提升進入蒸發器鹽水槽，在鹽水槽內和循環懸液混合。濃縮后的晶種懸液被循環泵從蒸發器鹽水槽提升至蒸發器頂部的管箱。

1.2.5蒸發系統

當循環鹽水進入管箱后，所有鹽水通過一個鹽水過濾器，其作用是在鹽水被布水器分配之前清除掉大的固體顆粒。在管箱內，濃鹽水被布水器分成薄膜的形式進入換熱管。管箱內被清理出來的大的固體顆粒則從一個旁通通道被直接送回到鹽水槽。當鹽水薄膜順著換熱管向下流的時候，鹽水被換熱管外部的蒸汽加熱。水被蒸發且帶著被濃縮后的晶種懸液流到蒸發器鹽水槽中。水汽（蒸汽）和濃縮后的鹽水進入鹽水槽，然后蒸汽升騰至沸水上部的空間（蒸汽腔）。

1.2.6蒸汽壓縮系統

經過除霧器后，進入蒸汽壓縮機，在蒸汽進入壓縮機之前，除霧器除去了所有水滴和其夾帶的固體顆粒。蒸汽壓縮機提高了循環沸騰鹽水上方的二次蒸汽的飽和溫度。壓縮后的二次蒸汽被送至冷凝器殼程，在殼程二次蒸汽用它的潛熱加熱了管程內下落的鹽水薄膜。當二次蒸汽失去潛熱后，在換熱管壁殼程凝結成水滴，然后順管壁流至蒸餾水罐。蒸餾水被從蒸餾水罐用泵輸送至最終用水點，期間蒸餾水經過蒸餾水換熱器。

1.2.7晶種循環系統

當蒸發器內的固體顆粒濃度上升時，起沉淀作用的晶體開始形成。為防止新形成的晶體在換熱管壁上結垢，將硫酸鈣作為“晶種”投加進去，晶種成為一種可以選擇的粘附體。

相比較金屬表面來說，新形成的鹽晶會優先附著在晶種上。為了使新形成的晶體有一個可以吸附的表面，在循環鹽水中一定比濃度的硫酸鈣是必須的。設計水質成分中形成的硫酸鈣并不足以防止結垢，所以需提供一個鹽種循環系統。鹽種循環系統包括一臺鹽種循環泵和一臺懸液分離器。懸液分離器是一個導水錐分離器，用來從鹽水保留鹽種（懸浮固體）。

1.2.8廢水系統

通過從鹽水濃縮器排出兩股獨立的廢水流，調節循環鹽水淤漿溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS），使其不超出設計范圍。

隨著進水的濃縮過程，進水中的鈣和硫酸鐵作為硫酸鈣從溶液中沉淀析出而且與鹽水中的硫酸鈣晶體結合在一起。沉淀析出的硫酸鈣被稱作“懸浮固體”。儲水槽中未析出的其他鹽分被稱作 “溶解固體”。蒸發器儲水槽鹽水是懸浮固體和溶解固體的組合，被稱作“固體總量”。

總固體含量（TS）約等于總懸浮固體含量（TSS）與總溶解固體含量（TDS）之和。

濃縮后的固體重新回到蒸發器循環管內，同時帶有少部分懸浮固體的溢流會成比例地分別流到蒸發器循環管和濃水箱內。循環鹽水中的總溶解固體（TDS）可以由流到濃水罐內的帶有低濃度懸浮固體的鹽水排放量控制。

1.2.9加藥系統

1.2.9.1消泡劑添加系統

消泡劑添加系統包括消泡劑搬運箱和3臺消泡劑泵。消泡劑泵系統用于在恒定流率下為鹽水濃縮池添加消泡劑或者用液塞泵減少泡沫事件。

1.2.9.2堿添加系統

如果酸堿值降至操作手冊規定的容許范圍以下，則操作工可用鹽水濃縮器手動向鹽水濃縮池添加堿。具體流程見圖1。

圖1　污水處理蒸發系統工藝流程簡圖

1.3蒸發工藝指標控制情況

1.3.1蒸發器進水流量165 m3/h

脫氣塔壓力：3.75 kPa（g）；

蒸發器壓縮機出口壓力：138.5 kPa（g）；

蒸發器壓縮機出口溫度：165℃。

1.3.2蒸發量的調整

以5%增量緩慢打開蒸氣壓縮機入口導葉直到達到預期生產能力。等待30 min或者直到兩次增量之間的運行穩定下來。當根據運行數據確定了在蒸氣壓縮機入口流量變化之后系統穩定需要多長時間，則可以更快速度增加系統負荷。

以5%增量緩慢關閉蒸氣壓縮機入口導葉HIC-1311直到達到預期生產能力。等待30 min或者直到兩次增量之間的運行穩定下來。當根據運行數據確定了在蒸氣壓縮機入口流量變化之后系統穩定需要多長時間，則可以更快速度降低系統負荷。

1.3.3廢水量的調節

下表列出了運行溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS）濃度。這些特定值選擇用于保證設計進水的無故障運行。

表1　運行溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS）濃度　mg/L

1.4控制系統

系統的自動控制是通過DCS完成操作控制、運行參數控制、設備切換控制及系統自診斷、報警保護等功能。控制系統具有完善的聯鎖報警功能。與系統安全運行有關的參數均設置報警聯鎖功能，其上下限值可根據實際工況需要進行在線調整。所有儲罐配套有就地磁翻板液位計，具有液位就地顯示功能，又能輸出高、低位開關量信號。根據系統工藝要求設置必要就地測量儀表。所有控制儀表和設備具有高可用性、穩定性、可操性和可維護性，并滿足控制要求。電氣控制系統控制帶就地控制柜及電磁閥箱進行控制，所有控制信號送至控制室以實現整個系統在控制室進行集中控制。電源控制柜帶有全套電氣、控制保護元件信號電纜。電控柜適應于遠方程控和就地控制的要求。電控柜防護等級戶內為IP32，戶外為IP55。系統所有氣動、電動、調節閥門及其驅動裝置均要求進口。所有自動閥門均帶有可靠的位置開關（信號反饋裝置），各自動閥門配置相應執行機構并根據需要配帶定位器。

系統配備最適當的儀表完成系統的自動控制，當系統處于自動狀態時，可實現無人值守。當操作進入故障保護狀態時，系統自動進入安全重啟模式。此外，控制系統能夠對儀器進行保護、顯示操作參數以及在超出設計規格或者故障情況下自動報警。

2　蒸發系統運行情況及環保效益分析

2.1蒸發系統運行情況

具體蒸發系統運行數據見表2。

蒸發系統驗收時的性能保證值如下。

（1）蒸發器處理水量：165.45 m3/h；

（2）蒸發器濃水量：20.5 m3/h（蒸發器進水量為165.45 m3/h）；

（3）蒸發器蒸餾水水質：總固含量小于等于10×10-6（不含揮發物）；

（4）系統電耗，在系統性能測試期間，零排放系統的平均用電負荷小于等于6 600 kW。

通過上述數據分析，可認定目前蒸發系統達到設計要求。

2.2蒸發系統環保效益分析

新增的蒸發系統通過幾個月的運行可以明顯看出：該系統能有效、經濟、安全地將濃水進一步增濃，能完全處理滿負荷下全部前工序的濃水，各項指標可滿足國家環保要求，符合國家環保政策。

表2　蒸發系統運行數據

3　結論

降膜式蒸發工藝技術較為成熟，目前已成為世界上應用最多、最有成效的一種鹽水增濃技術，能有效、經濟、安全增濃，符合國家環保要求。

［1］梁林．處理高濃含鹽廢水的機械蒸汽再壓縮系統設計與性能研究．南京航空航天大學出版社，2013，60．

Operation summary of the power plant denitrification system

LU Li-min LU Jian-guo
（Inner Mongolia Elion Chemical Industry Co.,Ltd.,Ordos 014300，China）

This paper introduces the technological principle of further concentration of concentrated water by falling film evaporation technology.Analysis on the operating condition and environmental benefit of the evaporation plant.

denitration；environmental benefits.

TQ085

B

1009－1785(2016)11-0034-03

2016-10-14