制冷在废水处理与再生领域中的应用研究

4第29卷第4期2008年8月Vol.29,No.4August.2008文章编号：0253-4339(2008)04-0047-04制冷在废水处理与再生领域中的应用研究于涛1马军2(1.山东建筑大学济南250000；2.哈尔滨工业大学哈尔滨150090)摘要从最佳制冷温度、水处理效果、最高水回收率及能耗四个方面研究了以制冷为主要手段的冷冻浓缩工艺。通过冷冻试验，确定了冷冻浓缩工艺最佳的制冷温度，考察了水处理效果；通过差示扫描量热试验确定了废水玻璃化转变温度以及冷冻浓缩工艺最高水回收率的测定方法。结果表明，制冷温度宜比废水凝固点低5~7℃；由单级冷冻即可去除废水97%以上的氨氮、有机物和93%以上的盐；对于浓度为3%的溶液，可由冷冻浓缩提取97.75%的水分；基于制冷的冷冻浓缩工艺水处理效果良好、水回收率高、能耗低，在废水处理与再生领域具有巨大的应用潜力。关键词市政工程；废水处理；制冷；冷冻浓缩中图分类号：TU992.3文献标识码：AApplicationofRefrigerationinWastewaterTreatmentandRecycleYuTao1MaJun2(1.ShandongArchitectureUniversity,Jinan,250000,China;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150090,China)AbstractOptimalrefrigerationtemperature,wastewatertreatmenteffect,maximumwaterrecoveryrates,andenergyconsumptioninfreezeconcentrationtechnologybasedonrefrigerationwereinvestigatedbytherefrigerationexperimentandthedifferentialscanningcalorimetry(DSC)experiment.Theresultsshowthatthesuitablerefrigerationtemperatureshouldbe5-7℃lowerthanthefreezingpointofthewastewater.Bysinglestagefreezing,morethan97%ofNH3-N,97%oforganicmaterials,and93%ofsaltsinthewastewatercouldberemoved.Forthewastewaterwiththeconcentrationof3%,97.75%ofwatercouldbeextractedbyfreezeconcentration.Itislikelythatfreezeconcentrationhasthecharacteristicsofexcellentwatertreatmenteffect,higherwaterrecoveryratesandlowerenergyconsumption.KeywordsMunicipalengineering;Wastewatertreatment;Refrigeration;Freezeconcentration溶质的凝固点远低于纯水的凝固点，冷冻废水时，其中的纯水会将杂质排斥在外而首先以固相析出，残留母液被浓缩，分离固、液相，融化冰晶，即可得到较纯净的再生水，这就是以制冷为主要手段的冷冻浓缩水处理工艺的机理。冰晶对溶质的排斥没有选择性，冷冻浓缩可用于处理各种含可溶杂质的废水，尤其是难生物降解的废水以及用常规污水处理方法难以处理的含有毒化合物和重金属物质的废水。冷冻浓缩是简单的物理过程，无需加入任何化学成分，而且，在冷冻浓缩过程中得到的副产物冰晶是高潜热介质，可用于冰蓄冷。同时，从所产生的浓缩母液可回收有用物质，变废为宝，这对于保护环境和促进资源的综合利用具有重大意义。目前，在日本、加拿大、英国、新加坡和荷兰等国家已有冷冻浓缩水处理工艺的工程应用实例[1]。大颗粒、高纯度冰晶的制备是成功实施冷冻浓缩工艺的核心，水处理效果、水回收率和比热能则是考核冷冻浓缩水处理工艺的重要指标，因此，这里将从最佳制冷温度、水处理效果、最高水回收率和能耗分析四个方面介绍和评价制冷在废水处理与再生领域中的应用。1最佳制冷温度的控制1.1试验材料与方法试验装置及流程如图1所示，系统冷量由DC-2015型低温恒温槽提供(温度范围为-20℃~100℃，温度波动度为±0.05℃)，载冷剂为浓度约33%的乙二醇水溶液，溶液温度由精度为±0.1℃的低温温度计计量，冰晶净化器内微孔滤板的孔径为30μm~50μm，真空泵的极限工作压力为收稿日期：2007年9月18日制冷在