工业废水零排放技术进展
2020-07-29
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       水资源日益短缺制约了我国经济和社会的发展,实现工业废水零排放势在必行。废水零排放是美国于1970年首先提出的,美国电力研究中心将废水零排放定义为“不向地面水域排放任何形式的水(包括排出或渗出),所有离开电厂的水都是以湿气的形式或者固化在灰渣中”。我国于2005年颁布的《中国节水技术政策大纲》指出了发展外排废水回用和“零排放”技术。

       实现工业废水零排放需要系统的解决方案,首先应通过优化工艺,提高用水效率,降低装置水耗;再利用反渗透(RO)、电渗析(EDR)、超滤(UF)等工艺将废水充分回用;对于高含盐废水零排放应用较多的是蒸发结晶技术,即将含盐废水经过充分的预浓缩后,再进入蒸发结晶器固化处理。本文对蒸发结晶工艺、废水浓缩减量技术以及超临界水氧化工艺进行介绍。

       一、蒸发结晶技术
      对于废水深度处理过程产生的高含盐污水,可以通过蒸发结晶处理最终实现零排放。该技术的核心在蒸发,目前国内外主要的蒸发技术有多效蒸发、热力蒸汽再压缩蒸发、机械蒸汽再压缩蒸发、降膜式机械蒸汽再压缩循环蒸发等。
      1、多效蒸发
      多效蒸发(MultipleEffectEvaporation,MEE)的特点是将几个蒸发器连接起来操作,前一级蒸发器产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的热源,以提高热能利用率。其突出的优点是:进水预处理较简单;应用灵活,既能单独使用,也可与其它方法联合使用;系统操作安全可靠。
 
 
 

        2、机械蒸汽再压缩蒸发
       机械式蒸汽再压缩(MechanicalVaporRecom-pression,MVR)的特点,是将蒸发器产生的全部二次蒸汽经机械压缩机压缩,增加热焓后作为蒸发器的加热蒸汽,以使料液维持沸腾状态,而加热蒸汽本身冷凝成水。回收了蒸汽潜热,提高了热效率,降低了能耗。MVR的优点是能耗低、运行成本低;占地面积小;公用工程配套少;自动化程度高;运行平稳,适合热敏性物料。
 
 
 

       3、降膜式机械蒸汽再压缩循环蒸发
      “降膜式机械蒸汽再压缩循环蒸发”是在MVR的基础上,采用降膜式蒸发,并在蒸发器下部设置浓盐水循环泵,在浓盐水首次经过蒸发器未达到所需浓度时,可通过循环泵打到蒸发器顶部再次循环,直至达到所需浓度。该工艺采用单效蒸发器可以达到多效蒸发的效果。
       该技术是目前处理高含盐污水最有效、最经济的技术。蒸发废水所需的热量由蒸汽冷凝和冷凝水冷却所释放的热能提供,运行过程中消耗的只是驱动装置内的水泵、蒸汽泵运转和装置控制系统所需要的电能。另外浓盐水循环泵强制液体循环,可以降低结垢和结晶堵塞的程度。
 
 
 

        二、几种蒸发器的比较
        多效蒸发(MEE)技术成熟,可处理废水范围广,所需生蒸气量大,效数的多少要综合考虑设备投资。机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)与多效蒸发(MEE)相比,MVR能最大程度地利用二次蒸汽,节能效果显著,占地面积小。
        MVR在首次启动时需要蒸汽供给,正常运行后不需另行供给蒸汽。但MVR对蒸汽压缩机的要求很高,基本采用进口压缩机,价格高昂。
        MEE主要消耗的是蒸气,而MVR则是以电代汽。降膜式机械蒸汽再压缩循环蒸发与MVR技术在利用二次蒸汽节能和对蒸汽压缩机的高要求方面是一致的。降膜蒸发器靠重力作用成膜,能蒸发粘度较大的物料,且受热时间短,蒸发效率较高,适于热敏性强、浓度较大、不易结垢的料液。
        采用“晶种法”可以解决换热管结垢问题,另外采用蒸汽走管内、浓水在管外的方式应该更易于清理。

        三、存在的问题
       污水零排放技术的关键和难点在于设备容易结垢污堵、腐蚀性强、投资高、发泡等问题。
       浓盐废水中的盐分在蒸发浓缩后,很快达到饱和并析出,在设备上结垢,导致蒸发器和结晶器的传热系数降低,甚至堵塞换热管,需要频繁清洗,严重降低装置的在线率。
      “晶种法”技术可以缓解蒸发器换热管的结垢问题,被广泛用于各种高含盐废水的处理。“晶种法”以硫酸钙为基础,废水中一般均含有钙和硫化物,蒸发器开始运行前,如果废水中所含的钙和硫化物离子含量不足,可人工补加。
       在废水里添加硫酸钙“种子”,使其中的钙和硫化物离子含量达到适当水平,废水开始蒸发时,水中开始结晶的硫酸钙就附着在这些“种子”上,并保持悬浮在水里,不会附着在换热管表面结垢,这种现象称为“选择性结晶”。应用“晶种法”的蒸发器,通常能连续运行一年以后才需定期清洗,一般除了在蒸发器启动时可能需要添加“晶种”外,正常运行时无需再添加。