淺議三效蒸發在高含鹽廢水處理中的應用

武玉欣

河北野田農用化學有限公司

【摘 要】高鹽廢水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。蒸發法是處理高鹽廢水最為傳統的方法，運行成本很高，一般多采用多效蒸發器，優點是結構簡單、操作容易、所得淡水水質好。

【關鍵詞】高鹽廢水；三效蒸發；廢水處理

1.緒論

高鹽廢水是指含總溶解固體TDS（Total Dissolved Solid）和有機物的質量分數≥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-、、SO3 2-、SO4 2-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。[1]

2.三效蒸發器脫鹽法

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[2]。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，高溫（120℃左右）加熱蒸汽被引入第一效，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。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。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，分離為淡化水和濃縮晶漿廢液，無機鹽和部分有機物可結晶分離出來進行焚燒處理，淡化水可返回生產系統替代軟化水加以利用[3]。

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、醫藥生產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 ppm～10，000 ppm。

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1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。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。

4.三效蒸發器應用實例

4.1 處理工藝及參數

高含鹽廢水的主要成分為10 %硫酸鈉溶液，廢水pH值為6～8，廢水COD為50，000ppm。處理量為5 t/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=5000 kg/h（每小時蒸發水分5000 kg）；實際蒸氣耗量Q=2000 kg/h（進氣壓力0.3 MPa～0.4 MPa）；一效蒸發器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.03 MPa；二效蒸發器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.06 MPa；三效蒸發器換熱面積S=140 m2，真空度P=-0.085 MPa；循環冷卻水耗量Q=40 t/h；冷凝冷卻面積A=300 m2；機組總功率P=325 kW；機組占地面積為長20 m×寬10 m×高20 m。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內襯搪瓷防腐；2）加熱器選擇鈦管；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）結晶罐選用碳鋼襯搪瓷防腐。

4.2 處理效果及存在問題

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，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汽，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入危險廢物處置中心做進一步處置，費用較高增加了企業負擔。

（5）進入三效蒸發的廢水必須經過預處理，去除雜質，大量溶解態或者懸浮態雜質進入蒸發器后，會增加蒸發器堵塞的風險，再加上工藝控制不好時，結晶物堵塞蒸發器及管道的事情會經常發生。

5.結論

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。

參考文獻：

[1] 劉梅華.高含鹽量濃廢水處理的探討[J].化工安全與環境，2007，886（24）： 22-23.

[2] 鄭賢助，謝敏，戴艷.高濃度含鹽化工廢水蒸發脫鹽回收處理的試驗研究[J]. 污染防治技術，2009，22（4）：5-7.

[3] 馬靜穎.高濃度含鹽有機廢液焚燒技術[J].能源工程，2005（1）.