气液接触蒸发高盐废水试验研究与能耗分析

气液接触蒸发高盐废水试验研究与能耗分析气液接触蒸发高盐废水试验研究与能耗分析由于生产工艺、加工对象、生产管理水平的差异，造成含盐废水水质及水量具有多变性，且易造成设备结垢、腐蚀等问题，使得含盐废水的处理难度远高于常规废水。胡朋飞等将直接接触传热蒸发过程引入蒸馏领域，研发了用于热敏物料蒸馏的直接接触传热蒸发釜;王少雄设计不同开孔形式的双相俱孔板作为气液传质传热的场所，探究了气液接触系统的影响因素和蒸发效率。本论文通过设计新的气液接触浓缩技术装置，在较低的温度条件下，综合利用低品质热能，降低能耗和成本，通过蒸发器内气液直接接触，废水与空气在介质表面进行剧烈的传质和传热的过程，从而防止填料表面结垢，最终实现盐水分离。该研究将极大提高含盐废水处理能效，具有重要的现实意义和应用推广前景。1实验材料与装置1.1实验材料实验用分析纯NaCl溶液配制质量浓度为30g/L的Nacl溶液作为原水水样。1.2实验装置该装置包括加热系统、气液接触蒸发系统及水循环系统，试验设备有：气液接触蒸发器，风机，循环泵，电加热装置，循环水箱。实验装置原理如图1所示。1.1实验方法1.1.1气液接触蒸发高盐废水浓缩技术的影响因素分析分析天平秤取分析纯NaCl晶体，配置质量浓度为30g/L的NaCl溶液，将配置好的一定体积的NaCl溶液注入带有刻度的水箱，读取初始水位读数，由电加热装置预热至较低的恒定温度，调节进水阀门设置循环流量，通过循环水泵抽取原水至气液接触蒸发装置底部进水管，通过水的反冲压力旋转布水器，将原水均匀地喷洒在填料上进行充分的传质传热，浓缩后的浓溶液再流入水箱继续经过加热器加热，运行系统一个小时后，测量此时水箱水位，得出每一组实验的水分蒸发浓缩量，通过控制变量来探究气液蒸发浓缩系统中循环流量、初始温度对含盐废水蒸发浓缩的影响。1.1.2气液接触蒸发高盐废水浓缩技术能耗分析该系统运行过程中的能耗量由循环水泵和风机运转产生。本实验将循环水泵接线至单相导轨式电能表，通过电能表记录系统运行过程中的功率，风机电机额定功率为0.12kW，系统运行一小时后测量高含盐原水的蒸发量，根据电能电耗量计算公式计算单位体积水分蒸发的能耗量。其中单位体积水分蒸发电能能耗量计算公式可用式(1)表示：式中：W0—在Δt时间内蒸发单位蒸馏水所消耗的外界电能(J/g);P—功率(W);ΔV—在单位时间内高盐水蒸发体积(L)。1实验结果与分析1.1循环流量对系统蒸发效率的影响实验在平均室温33.5℃，平均环境湿度为64.2%的条件下进行，配置质量浓度为30g/L的NaCl溶液预热至40℃，设置不同的循环流量，测定NaCl溶液的蒸发量，探究循环流量对系统蒸发量的影响。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。实验结果如图2所示，随着流量的增大，蒸发量逐渐增大，实验范围内最大蒸发量是在循环流量为2500L/h时，蒸发量为17L/h。1800~2000L/h流量范围增速最大，当流量超过2000L/h时，增速放缓且趋向于零增速，当增大到一定值时开始下降。在系统运行过程中，水会在气液接触填料间形成水膜，增大热量和质交换面积，在回流空气的作用下，快速穿过水膜，在水膜破裂与形成的循环过程中，促进蒸发。当流量较小时，形成的水膜厚度较薄，容易被回流空气吹散，随着流量的增大，形成的水膜越成熟，传热传质更充分，但当流量过大时，水膜厚度过厚，传热热阻增加，无法进行充分的热量和质的交换，因此，蒸发量逐渐减少。2.2高盐水初始温度对系统蒸发效率的影响实验在平均室温33.5℃，平均环境湿度为64.2%的条件下进行，配置浓度为30g/L的NaCl溶液预热至不同的初始水温，调节进水阀设置循环流量为1400L/h，测定不同的初始水温条件下NaCl溶液的蒸发量，探究初始水温对系统蒸发效率的影响。实验结果如图3所示，可以得出：蒸发量随着温度的升高而不断增加，本组实验最大值是当温度为45℃时，蒸发量为18.2L/h。水分蒸发的过程是水分子发生相变和进行热交换的过程，热量的传递交换需要不断地消耗和补充热量，本系统利用的是低品质热能，热消耗速度快，因此，热量补充越充分就越能够促进蒸发，所以当温度不断升高时，蒸发量也随之不断增加。2.3气液接触蒸发高盐废水浓缩技术能耗分析从表1实测数据可知，该气液接触蒸发高盐废水浓缩技术中初始水温越高，蒸发速率越快;随着温度的升高，对应的单位体积蒸发水量电能耗量降低。当NaCl溶液质量浓度为30g/L，水温为45℃时，单位体积蒸发水量电能耗量为123230.77J，吨能电耗量约为34.23kW·h.该技术应用到低温多效蒸发技术中进行大试，吨水电能耗量低至15kW·h，相较于常用的蒸汽机械压缩技术(MVR)(吨水电能耗量46.84kW·h)，气液接触蒸发技术的蒸