高鹽廢水主流處理工藝
目前在工程應(yīng)用中，高鹽廢水處理工藝主要使用MVR技術(shù)與其他一些如去COD、降SS、除硬、脫鹽等工藝方法共同協(xié)作，如微生物法、超濾反滲透膜法及ED（或EDI/EDR等）處理等。本文主要介紹工程中常用的幾種配合MVR和其他技術(shù)的污水處理工藝方案。
傳統(tǒng)污水處理的方法有很多，目前工程實(shí)際應(yīng)用效果比較好的方法有機(jī)械加速調(diào)節(jié)池法、微生物法、RO膜法、蒸發(fā)結(jié)晶法、電除鹽法等。
其中處理效果相對較好、運(yùn)行穩(wěn)定的是膜處理方法，但是由于膜產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口，產(chǎn)品自身價(jià)格較高，而且與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，其能夠處理的廢水量較少，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析后可以看出該法處理成本較高；電除鹽主要針對離子本身進(jìn)行分類，對有機(jī)物COD的去除效果并不理想；微生物水處理方法可處理的水量較大，使用場景較為寬泛，但處理效果受環(huán)境因素、水質(zhì)波動、季節(jié)性等因素影響，實(shí)際效果一般。
因此，很多高含鹽廢水的處理常使用蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，常用的MVR技術(shù)有多效蒸發(fā)（常用二效、三效、四效）、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（即MVR技術(shù)）、降膜式蒸發(fā)等。由于MVR技術(shù)耗能較低，且經(jīng)過不斷發(fā)展，結(jié)合PLC控制系統(tǒng)及電動閥、氣動閥的配合，目前自動化程度較高，因此有著眾多優(yōu)點(diǎn)的MVR工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高含鹽廢水的處理。
1.生化處理技術(shù)與MVR技術(shù)協(xié)作
首先，傳統(tǒng)式預(yù)處理作為前端方法可去除高含鹽廢水中的SS，接著使用MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)進(jìn)行鹽分固化，再對蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)行曝氣，實(shí)現(xiàn)催化氧化，同時(shí)利用菌類微生物，如采用一些特殊菌類微生物“吃掉”冷凝液中的有機(jī)物，最后通過離心機(jī)或板框壓濾實(shí)現(xiàn)固液分離的最終目的。
2.酸堿法與MVR技術(shù)協(xié)作
部分高含鹽廢水來水并非中性，為了滿足后續(xù)工藝系統(tǒng)的進(jìn)水條件，常常設(shè)調(diào)節(jié)池，并采用加酸、加堿法調(diào)節(jié)來水的pH值，然后再采用MVR技術(shù)進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生冷凝水和留在蒸發(fā)器中的濃縮母液，后續(xù)針對濃縮母液部分，采取旋液分離器的方法進(jìn)一步濃縮，剩下無法再濃縮的母液通過離心機(jī)等方式提純后形成鹽產(chǎn)品。使用該類方法處理高含鹽廢水可以轉(zhuǎn)化出具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鹽產(chǎn)品（一般售賣純度要求較高），且根據(jù)后續(xù)要求還可進(jìn)一步降低含水率。
3.STRO高壓反滲透膜與MVR技術(shù)協(xié)作
環(huán)保領(lǐng)域水處理公司研發(fā)出了一套高壓反滲透膜STRO配合MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的水處理工藝。前端對廢水進(jìn)行簡單預(yù)處理后，再經(jīng)過加藥、過濾、吸附等方法去除SS和硬度，然后采用多級反滲透膜，常見工藝是一級反滲透加二級反滲透，產(chǎn)水直接回用。二級反滲透后的濃水濃縮倍率一般在16倍左右，普通反滲透膜已無法進(jìn)一步濃縮，這時(shí)分別用高壓和超高壓STRO膜繼續(xù)濃縮，最終無法再濃縮的廢水進(jìn)入MVR系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。
該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)入MVR系統(tǒng)的鹽分達(dá)到最高，MVR的造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用降到了最低，但多級膜裝置投資費(fèi)用非常高，這種工藝只適合處理少量廢水。
4.“電除鹽技術(shù)+生化處理技術(shù)”與MVR技術(shù)協(xié)作
由于后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中有機(jī)物含量不能太高，因此首先要將有機(jī)物與鹽類物質(zhì)做分離處理。廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池后通過粗、細(xì)格柵除去大部分的SS，再用電滲析陰陽電極板及選擇性膜片分離水中不同的鹽類物質(zhì)。
電滲析的濃水進(jìn)入MVR蒸發(fā)結(jié)晶單元，冷凝水回用，濃縮母液使用微生物法后再進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離。這樣的工藝組合可以大大減少外部生蒸汽的消耗量，降低日常運(yùn)行費(fèi)用。
如果只使用常規(guī)微生物法，雖然投資和運(yùn)行費(fèi)用相對較低，但處理水量不多且處理效率較低，因?yàn)楦吆}水中的鹽分對微生物處理有機(jī)物的影響非常大。如果采用“電除鹽技術(shù)+生化處理技術(shù)”與MVR技術(shù)協(xié)作的方式，處理效果會得到顯而易見的提高。
5.反滲透膜法與MVR技術(shù)協(xié)作
首先在調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)高含鹽廢水的pH值，再通過加藥、過濾、吸附等方法去除硬度、SS，接著采用膜濃縮的方式脫鹽，產(chǎn)出的清水達(dá)到一般回用標(biāo)準(zhǔn)，然后再集中排放產(chǎn)生的不凝性氣體。
最后，反滲透濃水進(jìn)入MVR系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，達(dá)到出料標(biāo)準(zhǔn)的濃縮液（過飽和，已經(jīng)含有部分結(jié)晶物）通過雙級推料離心機(jī)產(chǎn)生固體雜質(zhì)。蒸發(fā)過程中產(chǎn)生冷凝水，該部分水質(zhì)較好，可滿足一般回用要求。
6.纖維過濾技術(shù)與MVR技術(shù)協(xié)作
目前國內(nèi)幾大電廠對高含鹽脫硫廢水的處理流程是：首先將石灰、碳酸鈉等藥劑加入脫硫后的高含鹽廢水中進(jìn)行化學(xué)加藥沉淀，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后，廢水經(jīng)過纖維過濾器被深度過濾，再經(jīng)過保安過濾器后進(jìn)入倒極電脫鹽（即EDR裝置），EDR裝置產(chǎn)水進(jìn)入回用水箱，濃水送入MVR裝置中蒸發(fā)結(jié)晶。通過MVR技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品固化，MVR的產(chǎn)品水質(zhì)較好，可直接進(jìn)入產(chǎn)水箱，作為廠區(qū)回用補(bǔ)水。
MVR技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端零排放
MVR技術(shù)進(jìn)入國內(nèi)時(shí)已經(jīng)是一種經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的成熟、可靠的工藝，早在上世紀(jì)60年代，歐洲國家（德國、法國等）便已經(jīng)在造紙、制藥、廢水處理、化工、海淡等行業(yè)中進(jìn)行了工程應(yīng)用，并取得了多次成功。
近年來，由于我國對環(huán)境保護(hù)的關(guān)注度越來越高，對高含鹽廢水的處理需求持續(xù)升溫，MVR技術(shù)具有突出的節(jié)能效益，被大量用于終端零排放工藝中，尤其是在具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的分鹽系統(tǒng)中尤為突出。
MVR主要作用是降低濃縮過程中循環(huán)冷卻水的巨大能耗和二次蒸汽的重復(fù)利用。MVR蒸發(fā)系統(tǒng)核心組成部分有蒸發(fā)器（也叫結(jié)晶器）、換熱器（含主加熱器和預(yù)熱作用的換熱器）、壓縮機(jī)（分為羅茨式和離心式）、泵（含循環(huán)泵、冷凝水泵、出料泵等）等，其中機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)是最核心的技術(shù)設(shè)備。
強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)對預(yù)熱處理過的硫酸鹽、氯化鈉鹽等溶液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的過程中會產(chǎn)生二次蒸汽，產(chǎn)生的二次蒸汽不可避免地會帶入部分高含鹽的液珠，跟隨著二次蒸汽上升；這時(shí)設(shè)置的捕捉器將起到重要作用，在二次蒸汽通過蒸發(fā)器上部捕捉器時(shí)，在捕捉器的分離作用下將二次蒸汽送入機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)，含有鹽分的大液珠則被捕捉下來重新落入蒸發(fā)器中；機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)對剩余的飽和二次蒸汽進(jìn)行加壓壓縮，從而使蒸汽壓力加大，溫度升高，達(dá)到再次利用的要求；二次蒸汽經(jīng)過機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)壓縮后送入換熱器對物料進(jìn)行換熱升溫，冷凝出來的冷凝水被收集回收利用，這一過程中，二次蒸汽省去了循環(huán)冷卻水冷凝蒸汽的過程，同時(shí)能量回收給蒸發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程。
1.蒸汽壓縮機(jī)
蒸汽壓縮機(jī)是由風(fēng)壓機(jī)演變而來，目前市場上的蒸汽壓縮機(jī)主要分為羅茨式蒸汽壓縮機(jī)（適用于處理小水量）與離心式蒸汽壓縮機(jī)（適用于處理大、小水量）。常用的羅茨式蒸汽壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一般在980～1 450 rmp之間，離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速則相對較高，一般轉(zhuǎn)速都會超過9 000 rmp。
羅茨式蒸汽壓縮機(jī)有一個(gè)重要缺點(diǎn)，就是一般只適用于處理小水量，這種壓縮機(jī)單臺設(shè)備壓縮體積較小，效率較低，因此大流量工程一般都采用離心式蒸汽壓縮機(jī)。
羅茨壓縮機(jī)內(nèi)部是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)來壓縮蒸汽，且轉(zhuǎn)子之間間隙非常小，這就決定了轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不能選擇普通的不銹鋼材質(zhì)（一般不銹鋼的剛度較低），否則轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生黏齒現(xiàn)象。離心式蒸汽壓縮機(jī)內(nèi)部接觸蒸汽位置一般采用超級雙相不銹鋼材質(zhì)（2 507或2 205），該種材質(zhì)強(qiáng)度高，抗腐蝕能力強(qiáng)。
2.預(yù)熱器
待蒸發(fā)的溶液在進(jìn)入蒸發(fā)器之前的一道通常工序是溶液預(yù)熱（一般設(shè)計(jì)要求預(yù)熱到蒸發(fā)溫度）。在常規(guī)MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中，一般會分別設(shè)置冷凝水換熱器、真空換熱器、生蒸汽預(yù)熱器，三道換熱門檻分別由系統(tǒng)二次蒸汽冷凝水、系統(tǒng)抽真空不凝氣、外部提供蒸汽作為熱源，其中只有外部蒸汽屬于單獨(dú)提供熱源，其他能量都是內(nèi)部能量回收，大大減少了能量的浪費(fèi)。
3.泵的選擇
在整套MVR系統(tǒng)中，最重要的泵就是起到物料不斷循環(huán)流動作用的強(qiáng)制循環(huán)泵，該泵不僅需要較大的流量，同時(shí)需考慮到內(nèi)部會有結(jié)晶物存在的可能性，故一般會選擇軸流泵或混流泵。
這類泵的特點(diǎn)就是流量大，揚(yáng)程低（一般控制在5～10 m就可滿足需求），而且在不斷蒸發(fā)溶液形成晶粒的過程中，該泵可以最大程度減少對晶體的破壞，這將促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶晶粒的形成并不斷擴(kuò)大，以快速達(dá)到出料條件。
冷凝水泵的選擇需滿足冷凝液快速排出的揚(yáng)程要求，同時(shí)在流量設(shè)計(jì)時(shí)，冷凝液一般停留時(shí)間在半小時(shí)左右，以保證蒸發(fā)冷凝出的冷凝水能夠快速排出，否則將會導(dǎo)致冷凝水在罐體中停留時(shí)間過長，并使蒸發(fā)器傳熱發(fā)生嚴(yán)重的抑制作用，導(dǎo)致蒸汽加熱變成了熱水加熱。
換熱介質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別，導(dǎo)致?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)選型完全錯(cuò)誤。其他如出料泵、事故泵、噴淋泵等常規(guī)水泵一般選擇化工離心泵，需要注意的是事故泵需要根據(jù)事故池地下或地上結(jié)構(gòu)選擇離心泵或自吸泵，過流部件要求具有抗腐蝕功能，葉輪有一定的強(qiáng)度能夠抵抗細(xì)小晶粒。
4.蒸發(fā)器
蒸發(fā)器一般采用列管式換熱器，大管徑換熱可以有效避免結(jié)垢堵塞問題，分為臥式和立式兩種。蒸發(fā)器主要作用是使熱源生蒸汽或壓縮機(jī)中出來的二次蒸汽對冷源物料進(jìn)行加熱。列管式換熱器相比板式換熱器換熱系數(shù)較小，但換熱面積遠(yuǎn)大于板式換熱器。
工程實(shí)際應(yīng)用中常常使用2套立式列管式換熱器，既降低了換熱管堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)代替了循環(huán)大管道，節(jié)約了工程造價(jià)。由于蒸發(fā)器換熱管完全接觸鹽分較高的母液，因此材質(zhì)選擇要求抗腐蝕能力強(qiáng)，一般較多選用雙相鋼或鈦材。
5.分離器
分離器的主要作用是進(jìn)行汽液分離（二次蒸汽與濃縮母液），在有真空裝置的系統(tǒng)中同時(shí)兼有閃蒸罐的作用。分離器直徑選擇應(yīng)考慮蒸發(fā)蒸汽上升流速問題，在滿足二次蒸汽流速的前提下根據(jù)實(shí)際蒸汽體積核算分離器的直徑，同時(shí)上升高度不僅要滿足蒸汽體積要求，同時(shí)需考慮蒸汽帶出的大液珠利用自重掉落的需要，故而分離器的高度分為直筒段高度和錐體高度。
為了更好地快速形成晶種，避免對晶粒造成破壞，常常在分離器的錐底設(shè)置鹽腳，保證鹽晶體顆粒形成后不被循環(huán)作用破壞。
結(jié)語
高含鹽廢水的處置，目前仍是一個(gè)難處理的課題，既要在理論上實(shí)現(xiàn)全面零排放而不造成更加難處理的危廢，又要考慮實(shí)際工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)合理性。這就要求處理過程中的每一段工藝都要精益求精，力求做到最好。
前端預(yù)處理系統(tǒng)將硬度降到最低，能夠擴(kuò)寬后續(xù)膜處理等濃縮方式的進(jìn)水承受系數(shù)，提高濃縮倍率，減少最終采用MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)時(shí)的投資費(fèi)用。另外，工作人員還需要在來水時(shí)就對各股廢水鹽分進(jìn)行分析，采用不同的工藝處置而不能混為一談，以更好地實(shí)現(xiàn)分鹽，這樣不僅可以降低后續(xù)納濾或冷凍結(jié)晶分離鹽的造價(jià)成本，甚至可以帶來經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”。
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