1 緒論
高含鹽廢水是指含至少總?cè)芙夤腆wTDS(Total Dissolved Solid)和有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于3.5%的廢 水，包括高鹽生活廢水和高鹽工業(yè)廢水。主要來源于 直接利用海水的工業(yè)生產(chǎn)、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(jī)污染物外，還含有大量的無機(jī)鹽， 如Cl-、SO4 2-、Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機(jī)物 廢水，若未經(jīng)處理直接排放，勢(shì)必會(huì)對(duì)水體生物、生活 飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生極大危害。該類濃廢水的 共同特點(diǎn)是：不能簡(jiǎn)單地用生化處理，且物化處理過程 較復(fù)雜，處理費(fèi)用較高，是污水處理行業(yè)公認(rèn)的高難度 處理廢水[1]。
2 高含鹽廢水處理技術(shù)
關(guān)于高含鹽廢水的處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)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(fā)器脫鹽法等。
2.1 生物法
生物處理是目前廢水處理比較常用的方法之一，具有 應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]�；U水如染料、農(nóng) 藥、醫(yī)藥中間體等含鹽量較高的廢水，污染嚴(yán)重，必須 經(jīng)過處理才能排放。況且，此類廢水成分復(fù)雜，不具備 回收價(jià)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(jī)鹽類在微生物生長(zhǎng)過程中起著促 進(jìn)酶反應(yīng)，維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用，但鹽 濃度過高，會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，主要原因 在于：
(1)鹽濃度過高時(shí)滲透壓高，使微生物細(xì)胞脫水引 起細(xì)胞原生質(zhì)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(duì)細(xì)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(jìn)行稀釋，通常 在低鹽濃度下(鹽濃度小于1%)運(yùn)行，因而會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)由于處理設(shè)施龐大也會(huì)造成投資增加、 運(yùn)行費(fèi)用提高。隨著水資源的日趨緊張，國(guó)家出臺(tái)的保 護(hù)水資源的各項(xiàng)法規(guī)和收費(fèi)措施，給高含鹽廢水處理的 企業(yè)帶來了負(fù)擔(dān)。
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(jiǎn)稱，是一種按間 歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批 式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采 用時(shí)間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn) 定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng) 的動(dòng)態(tài)沉淀。它的主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操 作[3]。SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)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(tǒng)。 SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有：
(1)池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好;
(2)運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉 淀，需要時(shí)間短、效率高，出水水質(zhì)好;
(3)耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對(duì)污水有 稀釋、緩沖作用;
(4)工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行 調(diào)整，運(yùn)行靈活;
(5)處理設(shè)備少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于操作和維護(hù)管 理;
(6)反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度，能有效控 制活性污泥膨脹;
(7)SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利 于污廢水處理廠的擴(kuò)建和改造;
(8)通過適當(dāng)控制運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭 氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果;
(9)工藝流程簡(jiǎn)單、造價(jià)低。
盡管SBR工藝在廢水處理工程中有如此多的優(yōu)點(diǎn)， 但是對(duì)于高含鹽廢水的處理還存在一些難點(diǎn)，需要進(jìn)一 步克服。主要難點(diǎn)有：
(1)廢水中含鹽量的增加，對(duì)廢水處理系統(tǒng)的硝 化能力影響較大;
(2)廢水中含鹽量較多時(shí)，浮力較大，不容易沉 淀;
(3)多數(shù)高含鹽廢水中含有有害有機(jī)物等其他雜 質(zhì)，不能通過SBR工藝加以去除;
(4)SBR工藝自動(dòng)化要求程度高;
(5)后處理設(shè)備要求較多，如消毒設(shè)備、接觸池容 積，以及排水設(shè)施如排水管道等都要求很高。
2.3 三效蒸發(fā)器脫鹽法
蒸發(fā)是現(xiàn)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(zhì)析出創(chuàng)造條件[4]。三效蒸發(fā)器脫鹽法是利用濃縮 結(jié)晶系統(tǒng)將廢液中的無機(jī)鹽通過蒸發(fā)的方式加以去除的 方法。三效蒸發(fā)器是由相互串聯(lián)的三個(gè)蒸發(fā)器組成，低 溫(90℃左右)加熱蒸氣被引入效，加熱其中的廢 液，產(chǎn)生的蒸氣被引入第二效作為加熱蒸氣，使第二效 的廢液以比效更低的溫度蒸發(fā)，這個(gè)過程一直重復(fù) 到比較后一效。效凝水返回?zé)嵩刺帲渌餍畢R 集后作為淡化水輸出，一份的蒸氣投入，可以蒸發(fā)出多 倍的水出來。同時(shí)，高鹽廢水經(jīng)過由效到比較末效的 依次濃縮，在比較末效達(dá)到過飽和而結(jié)晶析出，由此實(shí)現(xiàn) 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(jìn)入三效濃縮 結(jié)晶裝置，經(jīng)過三效蒸發(fā)冷凝的濃縮結(jié)晶過程，分離為 淡化水(淡化水可能含有微量低沸點(diǎn)有機(jī)物)和濃縮晶 漿廢液;無機(jī)鹽和部分有機(jī)物可結(jié)晶分離出來，焚燒處 理為無機(jī)鹽廢渣;不能結(jié)晶的有機(jī)物濃縮廢液可采用滾 筒蒸發(fā)器，形成固態(tài)廢渣，焚燒處理;淡化水可返回生 產(chǎn)系統(tǒng)替代軟化水加以利用。
三效蒸發(fā)器脫鹽法具有技術(shù)成熟、可處理廢水范圍 廣、占地面積小、處理速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，隨著化工 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的高含鹽廢水需要處理，三效蒸 發(fā)器脫鹽法的應(yīng)用將越來越廣泛。
3 三效蒸發(fā)器
3.1 三效蒸發(fā)器應(yīng)用范圍
三效蒸發(fā)器可應(yīng)用于處理化工生產(chǎn)、食品加工廠、 醫(yī)藥生產(chǎn)、石油和天然氣采集加工等企業(yè)在工藝生產(chǎn)過 程中產(chǎn)生的高含鹽廢水，適宜處理的廢水含鹽量為3.5% ～25%(質(zhì)量百分比)，COD濃度為2000～10,000ppm。
3.2 三效蒸發(fā)器組成及原理
三效蒸發(fā)器主要由相互串聯(lián)的三組蒸發(fā)器、冷凝 器、鹽分離器和輔助設(shè)備等組成(如圖所示)。 三組蒸發(fā)器以串聯(lián)的形式運(yùn)行，組成三效蒸發(fā)器。 整套蒸發(fā)系統(tǒng)采用連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料的生產(chǎn)方式。高 含鹽廢水首先進(jìn)入一效強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶蒸發(fā)器，結(jié)晶蒸發(fā) 器配有循環(huán)泵，將廢水打入蒸發(fā)換熱室，在蒸發(fā)換熱室內(nèi)，外接蒸氣液化產(chǎn)生汽化潛熱，對(duì)廢水進(jìn)行加熱。由 于蒸發(fā)換熱室內(nèi)壓力較大，廢水在蒸發(fā)換熱室中在高于 正常液體沸點(diǎn)壓力下加熱至過熱。加熱后的液體進(jìn)入結(jié) 晶蒸發(fā)室后，廢水的壓力迅速下降導(dǎo)致部分廢水閃蒸， 或迅速沸騰。廢水蒸發(fā)后的蒸氣進(jìn)入二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā) 器作為動(dòng)力蒸氣對(duì)二效蒸發(fā)器進(jìn)行加熱，未蒸發(fā)廢水和 鹽分暫存在結(jié)晶蒸發(fā)室。一效、二效、三效強(qiáng)制循環(huán)蒸 發(fā)器之間通過平衡管相通，在負(fù)壓的作用下，高含鹽廢 水由一效向二效、三效依次流動(dòng)，廢水不斷地被蒸發(fā)， 廢水中鹽的濃度越來越高，當(dāng)廢水中的鹽分超過飽和狀 態(tài)時(shí)，水中鹽分就會(huì)不斷地析出，進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)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(nèi)，固態(tài)的鹽被分離進(jìn)入儲(chǔ)鹽池， 分離后的廢水進(jìn)入二效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器加熱，整個(gè)過程 周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)水與鹽的比較終分離。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
冷凝器連接有真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)抽掉蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi) 產(chǎn)生的未冷凝氣體，使冷凝器和蒸發(fā)器保持負(fù)壓狀態(tài)， 提高蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率。在負(fù)壓的作用下，三效強(qiáng)制 循環(huán)蒸發(fā)器中的廢水產(chǎn)生的二次蒸氣自動(dòng)進(jìn)入冷凝器， 在循環(huán)冷卻水的冷卻下，廢水產(chǎn)生的二次蒸氣迅速轉(zhuǎn)變 成冷凝水。冷凝水可采用連續(xù)出水的方式，回收至回用 水池。
三效蒸發(fā)器工藝流程圖
4 三效蒸發(fā)器應(yīng)用實(shí)例
4.1 處理對(duì)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(jù)高含鹽廢水的特性，工藝設(shè)計(jì)按照三效蒸發(fā)器 進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算，確定的三效蒸發(fā)器的主要技術(shù)參 數(shù)如下：
蒸發(fā)量Q=30 0 0kg / h(每小時(shí)蒸發(fā)水分30 0 0kg); 實(shí)際蒸氣耗量Q=120 0kg/h(進(jìn)氣壓力0.3～0.4MPa); 一效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.03MPa; 二效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.06MPa; 三效蒸發(fā)器換熱面積S=80m2，真空度P=-0.085MPa;循 環(huán)冷卻水耗量Q=40t/h;冷凝冷卻面積A=240m2;機(jī)組總 功率P=25kW;機(jī)組占地面積為長(zhǎng)10m×寬5m×高4m。 根據(jù)工藝，充分考慮廢水對(duì)設(shè)備的腐蝕性，且本著 在滿足使用性的前提下盡量節(jié)約成本的原則，系統(tǒng)設(shè)備 選材如下：
1)蒸發(fā)器本體選擇碳鋼重防腐，可耐120℃以內(nèi) 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(zhì);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(zhì);7)結(jié)晶罐選用碳鋼重防腐。
4.2 處理結(jié)果及存在的問題
高含鹽廢水經(jīng)三效蒸發(fā)器處理后，產(chǎn)生了結(jié)晶鹽、 有機(jī)物濃縮廢液和淡化水，結(jié)晶鹽和有機(jī)物濃縮廢液送 到危險(xiǎn)廢物處置中心集中焚燒處置，淡化水回用到生產(chǎn) 中進(jìn)一步利用。
通過本系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，盡管三效蒸 發(fā)器可以有效處理高含鹽廢水，但是還存 在一些問題需要進(jìn)一步克服，主要表現(xiàn) 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(shè)備的選材需要考 慮抗腐蝕性，成本較高。
(2)整套設(shè)備運(yùn)行過程中腐蝕嚴(yán)重， 壽命短。在三效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)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(shè)備使用壽命較短的問題，需要及時(shí)更換。
(3)三效蒸發(fā)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(fā)器處理后的高含鹽廢水還需要送 人危險(xiǎn)廢物處置中心做進(jìn)一步處理。
5 結(jié)論
高含鹽廢水必須經(jīng)過適當(dāng)處理后才能回歸環(huán)境。實(shí)踐證明，傳統(tǒng)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(shù)中，三效蒸發(fā)器脫鹽 法具有技術(shù)成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處 理速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有較大的發(fā)展前景。 雖然，三效蒸發(fā)器存在著處理成本高、設(shè)備使用壽命 短、需要蒸氣量大等缺點(diǎn)，但是隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā) 展，該技術(shù)在高含鹽廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步 擴(kuò)大。(谷騰水網(wǎng))
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