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                                                                                        危廢廢水物化預處理蒸發組合技術

                                                                                        發布時間:2024-3-25 15:00:39  中國污水處理工程網

                                                                                        隨著我國現代工業的高速發展,工業生產過程中排放大量廢液,如果不能有效治理,隨意排放,會嚴重污染地下水和土壤,并對人體造成中毒、致癌、致畸、致變等損害,嚴重危害生態環境和人體健康。目前,工業生產過程中排放的具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應性或者感染性的廢液已被納入《國家危險廢物名錄(2021年版)》進行管理,各地也新建了大量廢液處置中心對這些有毒有害廢液進行處理。廢液處置中心對不同類型的廢液分類儲存,然后按各廢液的性質采用一定的處理工藝對其進行物化預處理,降低廢水的COD和毒性,提高廢水的可生化性,為后續生化處理設施的穩定運行提供保障。

                                                                                        1、危廢廢水來源及特征

                                                                                        危廢廢水來源廣泛而復雜,其主要來源于化學工業、煉油工業、金屬工業、采礦工業和醫藥行業等,這些廢水可根據《國家危險廢物名錄(2021年版)》的規定進行分類。危險廢物的有害特性不盡相同,且成分也很復雜,故適用于每種危險廢物的處置方法不盡相同。

                                                                                        危廢處置廢水包括含油廢水、溶劑廢水、含氰廢水、含氟廢水、重金屬廢水和廢酸堿廢水等。這些廢水主要有4個特征。一是COD含量高。每升廢水COD含量高達幾萬甚至幾十萬毫克,未經處理的高濃度COD廢水一旦排入自然水體,就會被水中微生物降解,COD降解過程會消耗水中大量氧氣,導致水體缺氧,破壞水體生態平衡。二是鹽濃度高。廢水中高濃度的鹽分對微生物的增殖有很強的抑制作用,未經馴化的微生物的活性將明顯受到抑制,嚴重影響廢水處理效率,難以達到預期的凈化效果,加大了廢水處理難度。三是毒性大。廢水含有氰、酚、重金屬等,對微生物產生致畸或致死作用。四是水質不穩定,成分復雜。酸堿度、含鹽量、重金屬含量差異較大,加大處理難度?傊,危廢廢水是典型的難生化降解廢水,在進生化系統前必須進行預處理,以降低生物毒性和有害物濃度。

                                                                                        2、危廢廢水物化預處理方法

                                                                                        廢水預處理可以減輕后續生化處理的負擔,減少廢水中對微生物有抑制作用的物質。目前,危廢廢水物化預處理方法有絮凝沉淀、氣浮、離子交換、深度氧化和蒸發濃縮等。在預處理過程中,廢水加藥較多,且初期鹽含量很高,導致預處理后的廢水成為高鹽、高COD廢水,這些廢水成為水處理行業公認的高難度處理廢水。行業內對此類廢水主要采用蒸發濃縮法,即通過加熱將廢水中的水和沸點較低的溶劑一同蒸出,使廢水中鹽分析出,有效去除廢水中鹽分和其他雜質,滿足后續工藝進水要求。

                                                                                        3、蒸發工藝選擇

                                                                                        3.1 三效蒸發工藝

                                                                                        三效蒸發工藝分為三種,即順流蒸發、逆流蒸發與錯流蒸發。結合物料性質和項目經驗,三效蒸發系統采用混流蒸發,即物料從Ⅲ效進料,經過Ⅰ效后從Ⅱ效出料。這種方式具有諸多優點。一是Ⅱ效出料,溫度較高,可避免濃縮液因有機物過多而過于黏稠造成出料堵塞;二是Ⅲ效溫度較低,但有機物濃度不高,不會出現堵管現象;三是Ⅲ效進料,Ⅱ效出料,提高了能量利用率,降低能耗。

                                                                                        3.1.1 順流蒸發

                                                                                        順流蒸發物料流向同蒸汽流向一致,即從Ⅰ效進料,經過Ⅱ效后從Ⅲ效出料。順流蒸發能耗低,但末效出料溫度較低。物化廢水為高鹽高COD廢水,濃縮一定倍數后,物料有機物富集,黏度增大,容易結鹽堵塞管道,影響設備穩定運行。

                                                                                        3.1.2 逆流蒸發

                                                                                        逆流蒸發物料流向同蒸汽流向相反,即物料從Ⅲ效進料,經過Ⅱ效后從Ⅰ效出料。出料溫度高,可以在一定程度上提高黏度,但也帶走較多熱量,運行成本較高。由于濃縮液含有大量有機物,溫度過高會使有機物碳化后與固體鹽結合在一起,很難清洗。

                                                                                        3.1.3 錯流蒸發

                                                                                        錯流蒸發將順流蒸發與逆流蒸發相結合,兼取兩者之長,但是操作復雜。3.2MVR工藝機械蒸汽再壓縮工藝(MVR)是一種節能蒸發技術,它利用蒸發過程中自產的二次蒸汽作為熱源,降低外來能源需求。運行時,MVR系統通過蒸汽壓縮機對二次蒸汽進行壓縮做功,將電能轉換成熱能,提高了蒸汽的溫度和壓力,將乏汽轉變為高品位的蒸汽,作為蒸發器的熱源,實現了蒸汽潛熱的有效利用,極大地降低了廢水蒸發的能耗,實現系統的低能耗運行。

                                                                                        蒸汽壓縮機是MVR工藝的核心設備,此工藝的使用受廢水沸點溫升范圍的限制,若廢水沸點升高數值掌握不準,選出的壓縮機提供的熱焓就會偏小,最終導致蒸發能力不足,MVR系統無法達到目標蒸發量。當廢水水質比較復雜時,分離器中出來的蒸汽無法徹底除沫,進入壓縮機后會有腐蝕風險。MVR蒸發能耗主要為電耗,它適用于蒸汽成本高而電耗成本較低的項目。根據相關資料,三效蒸發和MVR工藝優缺點對比如表1所示。分析發現,兩種蒸發工藝各有利弊,主要根據廢水性質、運行成本與投資費用等,選擇蒸發工藝。

                                                                                        1.jpg

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                                                                                        某危廢處置中心的廢液經前端物化處理,其出水成分復雜(高鹽、高COD),需要進行蒸發脫鹽,以滿足后續進水要求。本項目蒸發裝置設計廢水處理量為335t/d,采用MVR蒸發+錯流三效蒸發+單蒸釜組合工藝對廢水進行蒸發脫鹽,對母液進行深度濃縮,減少母液委外處理量。

                                                                                        4.1 設計水質

                                                                                        危廢廢水來源廣,成分復雜,預處理工藝各不相同,導致進蒸發裝置的廢水水質變化比較大,故蒸發系統的進水水質在設計時具有較大的取值范圍。本項目蒸發系統進水綜合水質如表2所示。

                                                                                        2.jpg

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                                                                                        進蒸發系統的廢水先在一級預熱器中與出裝置的二次蒸汽凝液換熱,被預熱的廢水繼續在二級預熱器中與出裝置的生蒸汽凝液換熱,被加熱的廢水進入MVR分離罐,廢水在MVR分離罐內濃縮,MVR分離罐頂部的蒸汽被壓縮機加壓升溫,加壓升溫后的二次蒸汽在MVR加熱器中對來自MVR分離罐底部的濃縮液進行加熱,加熱后的濃縮液返回MVR分離罐中進行氣液分離,被冷凝的二次蒸汽與進MVR的廢水換熱后暫存在蒸發收集池內。MVR分離罐底部的濃縮廢水被送至三效蒸發系統進行蒸發脫鹽。

                                                                                        來自MVR分離罐底部的濃縮廢水進入Ⅲ效分離罐,廢水在Ⅲ效分離罐內濃縮,被蒸去一定水分后的濃縮液由轉料泵送至Ⅰ效分離罐內繼續蒸發。Ⅰ效分離罐濃縮后的廢水被轉料泵送至Ⅱ效分離罐內繼續蒸發濃縮,Ⅱ效分離罐底的濃縮液被出料泵送至結晶釜降溫結晶,含有結晶鹽的廢水自流進入離心機進行固液分離,分離鹽后的母液一部分返回Ⅱ效分離罐繼續濃縮,另一部分母液進入單蒸釜進行減壓蒸發,單蒸釜濃縮后的母液排入噸桶,委外處置。Ⅰ效加熱器的熱源為生蒸汽,Ⅱ效加熱器的熱源為Ⅰ效分離罐的二次蒸汽,Ⅲ效加熱器的熱源為Ⅱ效分離罐的二次蒸汽,Ⅲ效分離罐和單蒸釜產生的二次蒸汽被循環水冷卻。

                                                                                        4.3 主要工藝參數

                                                                                        蒸發組合工藝主要設備工藝參數如表3所示。

                                                                                        3.jpg

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                                                                                        根據進水量、進水水質與各蒸發設備的操作參數,并結合工程經驗,可得到設備選型結果。

                                                                                        4.4.1 MVR部分

                                                                                        一級預熱器換熱面積為25m2,數量為1臺;二級預熱器換熱面積為25m2,數量為1臺;MVR加熱器換熱面積為800m2,數量為1臺;MVR分離罐規格為Φ2000mm×5000mm,數量為1臺;離心式蒸汽壓縮機進氣量為8t/h,其變頻電機功率為560kW,數量為1臺。

                                                                                        4.4.2 三效蒸發部分

                                                                                        Ⅰ效加熱器、Ⅱ效加熱器、Ⅲ效加熱器及冷凝器換熱面積均為140m2,數量均為1臺;Ⅰ效分離罐規格為Φ1200mm×5000mm,數量為1臺;Ⅱ效分離罐規格為Φ1200mm×5000mm,數量為1臺;Ⅲ效分離罐規格為Φ1400mm×5000mm,數量為1臺。水環真空泵最大抽氣量為280m3/h,功率為7.5kW,數量為1臺;結晶釜容積為6300L,換熱面積為6.4m2,數量為4臺;吊袋離心機分離含固相物的粒徑大于0.5mm,機型為PD-1500,功率為22kW,數量為1臺。

                                                                                        4.4.3 母液單蒸部分

                                                                                        單蒸釜容積為6300L,換熱面積為6.4m2,數量為4臺;水環真空泵最大抽氣量為165m3/h,功率為4kW,數量為1臺。

                                                                                        4.5 設備和管道材質選擇

                                                                                        一是與物料接觸的換熱器、容器材質應采用鈦材。結晶釜、單蒸釜材質為碳鋼(內襯搪瓷防腐)。轉料泵與循環泵材質為鈦,進料泵材質為鋼襯氟。選擇抗酸、抗氯離子腐蝕的材質,避免設備被高鹽高COD廢水腐蝕,減少非計劃性停車。二是與物料接觸的管道、含結晶管道的閥門全部選用鈦材,其余選用碳鋼襯四氟。與二次蒸汽接觸的管道應選用鈦材,與二次蒸汽冷凝水接觸的管道和閥門都選用316L不銹鋼,其他低溫料液輸送管道和閥門用非金屬管道,以節約成本。

                                                                                        4.6 工程設計注意事項

                                                                                        危廢廢水含鈣、鎂、氟等離子,硬度過高,蒸發時易造成設備結垢、管道堵塞及設備腐蝕等問題。因此,廢水在進入蒸發系統前需要除氟除硬,以減少蒸發時結垢、腐蝕導致的停工,實現裝置的長周期運行。采用酸性蒸發,即蒸發進水pH控制在34,使得廢水中氨氮大部分以銨根離子(NH4+)的形式存在,降低蒸發出水氨氮值,減輕后續生化系統脫氮負荷。

                                                                                        換熱管、強制循環管內物料流速必須滿足不小于2m/s的要求,減輕換熱管和管道結垢,提高換氣器的換熱效果,避免換熱器和管道堵塞。出鹽的分離器晶漿出口配置有鹽腿,循環時盡量取上清液,減少已成形晶體不必要的循環。由于出鹽管道中料液濃度過高,溫度稍微降低就會有晶體析出,可能導致管道堵塞,所以工程設計需要考慮出鹽管、濃縮液的防堵措施。

                                                                                        5、結論

                                                                                        相比單一蒸發工藝,本組合工藝充分利用MVR能耗低,三效蒸發濃縮倍數高、抗波動能力強的特點,具有綜合能耗低、處理效率和濃縮倍數高、防堵、殘液量小等優點。它通過對不同蒸發工藝進行組合,發揮各自優勢,使蒸發裝置能長周期運轉,它是一種較好的高鹽、高COD危廢廢水物化預處理技術。(來源:中藍連海設計研究院有限公司)

                                                                                        相關推薦
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