多效蒸发技术在高浓高盐废水处理中的应用

多效蒸发技术在高浓高盐废水处理中的应用多效蒸发技术在高浓高盐废水处理中的应用1．0引言随着化工、制药、造纸等行业的发展，高浓度难降解废水一直是废水处理的难点。近年来，零排放及污水回用等生产理念的推广，对污水处理及深度提出进一步要求。传统的物化、生物处理方法处理高浓度难降解废水时，处理工艺冗长且复杂。另外，对于高盐度废水，因微生物而不能生存而使生物处理法收到限制，或者需要引进大量淡水进行吸收达到微生物可以耐受的限制后，采用生物处理。近几年来，在高浓度及/或高盐度废水处理领域，蒸发技术开始逐渐受到关注，为长久以来困扰着环保工作者的难题找到了一个可探索、证实的答案，并已有一定应用。本文结合笔者工作经验及相关文献报道，对蒸发在工业废水处理的发展及应用做简要介绍。采用蒸发技术处理高浓度废水主要利用水（溶剂）与污染物（溶质）之间的沸点差异，通过控制废水在一定温度、气压下发生表面或内部的气化，将溶剂与溶质分离的过程。经过蒸发，沸点高的污染物被留在蒸发残液中，而低沸点的水将以冷凝液形式排出。根据蒸发的原理，只有当污染物与水沸点差异比较大时，才会有较好的分离效果。否则，污染物会直接蒸发成为冷凝液的一部分，或者与水产生共沸而进入冷凝液，而导致出水COD升高。因此，对于特定废水需采用合适的冷凝水处理工艺，使污水处理系统出水达到要求。目前废水处理中已有应用的蒸发设备有多效蒸发器及机械压缩蒸发器。结合笔者的工作，本文就多效蒸发加以叙述。2．0多效蒸发2．1多效蒸发原理目前蒸发器的种类很多，就其蒸汽利用角度而言，蒸发可分为一效至五效[1,2]。在工业生产中，为了减少加热蒸汽消耗量，可采用多效蒸发。多效蒸发将多组蒸发器串联起来，除第一效蒸发采用厂区新鲜蒸汽为热源，之后的每一效蒸发利用前一级产生的二次蒸汽为热源进行加热，因此，多效蒸发明显降低了加热蒸汽的消耗量。另外，除最后一效蒸发器，每一级蒸发产生的二次蒸汽在后一级加热室中作为热源利用后将成为冷凝水排出，从而大大减少了冷却水的消耗。表1多效蒸发的蒸汽及冷却水消耗[1]单效双效三效四效五效蒸汽(kg/kg)1.10.570.40.30.27冷却水(kg/kg)13.56.754.53.882.7由表1看出，随着多效蒸发级数的增加，处理单位废水所需的蒸汽量及冷凝水量递减。然而，随着蒸发效数的增加公用消耗的减少程度逐渐趋缓，如图1所示。当蒸发级数大于三效时，新鲜蒸汽及冷却水用量的减少量明显降低。在设计多效蒸发器时，不仅需要考虑降低系统能耗，还需考虑设备投资及温差限制的因素。在废水处理中，尤其当多效蒸发系统应用于氯离子含量较高的废水浓缩时，对设备材质的要求会较高。在需要保证一定使用年限的前提下，对于特定废水蒸发设备甚至需要用到钛材。因此，在采用考虑设计多效蒸发时，需考虑设备投资的经济性对蒸发级数的影响。另外，由于装置总温差是一定的，各单效的有效温差比总温差小很多，从而导致相同总温差下，多效蒸发的生产力要低于单效蒸发器。相关文献表明，在目前废水处理领域中，三效蒸发应用较多。图1处理单位废水蒸汽及冷却水消耗与蒸发效数的关系2．2多效蒸发在废水处理中的应用在废水处理中，多效蒸发被用来浓缩工业废水回收有价值的成分，或者得到洁净的冷凝水用以回用。然而在实际应用中，冷凝水中常带有低沸点组分的有机污染物，为达标排放通常在多效蒸发后设计生化工艺来进一步去除水中的有机物。2.2.1用于高盐废水预处理笔者在工作中曾参与高含盐表面活性剂废水处理的设计。该废水水量小，CODcr约5000~6000mg/L，TDS含量高达30000mg/L，很显然微生物很难在该高盐环境下正常生长。初步论证后，采用蒸发+生化为主的工艺处理该废水。蒸发后几乎所有盐分将留在蒸发浓液中，而大部分冷凝水排出蒸发系统进一步处理后回用。通过小试发现，废水蒸发浓缩至10%时，冷凝水中的CODcr降至600~800mg/L，浓液TDS含量约30%。在设计过程中，采用较为经济、节能的三效蒸发处理原水。蒸发器的一效、二效采用降膜换热器，获得较高的换热效率，而第三效加热室则采用强制循环换热器，以克服由被加热介质高浓度而引起的设备结垢等问题。蒸发系统的冷凝液经换热后（低于32℃），排入MBR池进一步降解，由于进入冷凝液中的有机物大多为低分子易降解有机物，MBR出水经过NaCl消毒可达到城市杂用水回用标准。另外，为确保进蒸发系统的SS及CODcr控制在一定范围内以免设备结垢及传热效率受到抑制，在蒸发前还设置了混凝/絮凝-板框过滤对蒸发进水进行预处理。系统处理流程如图2所示。图2三效蒸发-生化处理高盐表面活性剂废水流程方丽萍等人[4]采用三效蒸发+生化的组合工艺处理甲硝唑工业废水，出水水质达到《污水综合排放标准》一级排放标准的要求。该工艺首先采用多效蒸发去除废水中大部分盐分和对微生物有