工業(yè)廢水零排放技術(shù)進(jìn)展
2020-07-29 
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水資源日益短缺制約了我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放勢在必行。廢水零排放是美國于1970年首先提出的，美國電力研究中心將廢水零排放定義為“不向地面水域排放任何形式的水（包括排出或滲出），所有離開電廠的水都是以濕氣的形式或者固化在灰渣中”。我國于2005年頒布的《中國節(jié)水技術(shù)政策大綱》指出了發(fā)展外排廢水回用和“零排放”技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放需要系統(tǒng)的解決方案，首先應(yīng)通過優(yōu)化工藝，提高用水效率，降低裝置水耗；再利用反滲透（RO）、電滲析（EDR）、超濾（UF）等工藝將廢水充分回用；對于高含鹽廢水零排放應(yīng)用較多的是蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，即將含鹽廢水經(jīng)過充分的預(yù)濃縮后，再進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器固化處理。本文對蒸發(fā)結(jié)晶工藝、廢水濃縮減量技術(shù)以及超臨界水氧化工藝進(jìn)行介紹。
一、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)
對于廢水深度處理過程產(chǎn)生的高含鹽污水，可以通過蒸發(fā)結(jié)晶處理最終實(shí)現(xiàn)零排放。該技術(shù)的核心在蒸發(fā)，目前國內(nèi)外主要的蒸發(fā)技術(shù)有多效蒸發(fā)、熱力蒸汽再壓縮蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)、降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)等。
1、多效蒸發(fā)
多效蒸發(fā)（MultipleEffectEvaporation，MEE）的特點(diǎn)是將幾個(gè)蒸發(fā)器連接起來操作，前一級蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一級蒸發(fā)器的熱源，以提高熱能利用率。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：進(jìn)水預(yù)處理較簡單;應(yīng)用靈活，既能單獨(dú)使用，也可與其它方法聯(lián)合使用;系統(tǒng)操作安全可靠。
2、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)
機(jī)械式蒸汽再壓縮（MechanicalVaporRecom-pression，MVR）的特點(diǎn)，是將蒸發(fā)器產(chǎn)生的全部二次蒸汽經(jīng)機(jī)械壓縮機(jī)壓縮，增加熱焓后作為蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以使料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身冷凝成水?；厥樟苏羝麧摕?，提高了熱效率，降低了能耗。MVR的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、運(yùn)行成本低;占地面積小;公用工程配套少；自動(dòng)化程度高；運(yùn)行平穩(wěn)，適合熱敏性物料。
3、降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)
“降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)”是在MVR的基礎(chǔ)上，采用降膜式蒸發(fā)，并在蒸發(fā)器下部設(shè)置濃鹽水循環(huán)泵，在濃鹽水首次經(jīng)過蒸發(fā)器未達(dá)到所需濃度時(shí)，可通過循環(huán)泵打到蒸發(fā)器頂部再次循環(huán)，直至達(dá)到所需濃度。該工藝采用單效蒸發(fā)器可以達(dá)到多效蒸發(fā)的效果。
該技術(shù)是目前處理高含鹽污水最有效、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。蒸發(fā)廢水所需的熱量由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻所釋放的熱能提供，運(yùn)行過程中消耗的只是驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的水泵、蒸汽泵運(yùn)轉(zhuǎn)和裝置控制系統(tǒng)所需要的電能。另外濃鹽水循環(huán)泵強(qiáng)制液體循環(huán)，可以降低結(jié)垢和結(jié)晶堵塞的程度。
二、幾種蒸發(fā)器的比較
多效蒸發(fā)（MEE）技術(shù)成熟，可處理廢水范圍廣，所需生蒸氣量大，效數(shù)的多少要綜合考慮設(shè)備投資。機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（MVR）與多效蒸發(fā)（MEE）相比，MVR能最大程度地利用二次蒸汽，節(jié)能效果顯著，占地面積小。
MVR在首次啟動(dòng)時(shí)需要蒸汽供給，正常運(yùn)行后不需另行供給蒸汽。但MVR對蒸汽壓縮機(jī)的要求很高，基本采用進(jìn)口壓縮機(jī)，價(jià)格高昂。
MEE主要消耗的是蒸氣，而MVR則是以電代汽。降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)與MVR技術(shù)在利用二次蒸汽節(jié)能和對蒸汽壓縮機(jī)的高要求方面是一致的。降膜蒸發(fā)器靠重力作用成膜，能蒸發(fā)粘度較大的物料，且受熱時(shí)間短，蒸發(fā)效率較高，適于熱敏性強(qiáng)、濃度較大、不易結(jié)垢的料液。
采用“晶種法”可以解決換熱管結(jié)垢問題，另外采用蒸汽走管內(nèi)、濃水在管外的方式應(yīng)該更易于清理。
三、存在的問題
污水零排放技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于設(shè)備容易結(jié)垢污堵、腐蝕性強(qiáng)、投資高、發(fā)泡等問題。
濃鹽廢水中的鹽分在蒸發(fā)濃縮后，很快達(dá)到飽和并析出，在設(shè)備上結(jié)垢，導(dǎo)致蒸發(fā)器和結(jié)晶器的傳熱系數(shù)降低，甚至堵塞換熱管，需要頻繁清洗，嚴(yán)重降低裝置的在線率。
“晶種法”技術(shù)可以緩解蒸發(fā)器換熱管的結(jié)垢問題，被廣泛用于各種高含鹽廢水的處理。“晶種法”以硫酸鈣為基礎(chǔ)，廢水中一般均含有鈣和硫化物，蒸發(fā)器開始運(yùn)行前，如果廢水中所含的鈣和硫化物離子含量不足，可人工補(bǔ)加。
在廢水里添加硫酸鈣“種子”，使其中的鈣和硫化物離子含量達(dá)到適當(dāng)水平，廢水開始蒸發(fā)時(shí)，水中開始結(jié)晶的硫酸鈣就附著在這些“種子”上，并保持懸浮在水里，不會(huì)附著在換熱管表面結(jié)垢，這種現(xiàn)象稱為“選擇性結(jié)晶”。應(yīng)用“晶種法”的蒸發(fā)器，通常能連續(xù)運(yùn)行一年以后才需定期清洗，一般除了在蒸發(fā)器啟動(dòng)時(shí)可能需要添加“晶種”外，正常運(yùn)行時(shí)無需再添加。
實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放需要系統(tǒng)的解決方案，首先應(yīng)通過優(yōu)化工藝，提高用水效率，降低裝置水耗；再利用反滲透（RO）、電滲析（EDR）、超濾（UF）等工藝將廢水充分回用；對于高含鹽廢水零排放應(yīng)用較多的是蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，即將含鹽廢水經(jīng)過充分的預(yù)濃縮后，再進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器固化處理。本文對蒸發(fā)結(jié)晶工藝、廢水濃縮減量技術(shù)以及超臨界水氧化工藝進(jìn)行介紹。
一、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)
對于廢水深度處理過程產(chǎn)生的高含鹽污水，可以通過蒸發(fā)結(jié)晶處理最終實(shí)現(xiàn)零排放。該技術(shù)的核心在蒸發(fā)，目前國內(nèi)外主要的蒸發(fā)技術(shù)有多效蒸發(fā)、熱力蒸汽再壓縮蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)、降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)等。
1、多效蒸發(fā)
多效蒸發(fā)（MultipleEffectEvaporation，MEE）的特點(diǎn)是將幾個(gè)蒸發(fā)器連接起來操作，前一級蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一級蒸發(fā)器的熱源，以提高熱能利用率。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：進(jìn)水預(yù)處理較簡單;應(yīng)用靈活，既能單獨(dú)使用，也可與其它方法聯(lián)合使用;系統(tǒng)操作安全可靠。
2、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)
機(jī)械式蒸汽再壓縮（MechanicalVaporRecom-pression，MVR）的特點(diǎn)，是將蒸發(fā)器產(chǎn)生的全部二次蒸汽經(jīng)機(jī)械壓縮機(jī)壓縮，增加熱焓后作為蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以使料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身冷凝成水?；厥樟苏羝麧摕?，提高了熱效率，降低了能耗。MVR的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、運(yùn)行成本低;占地面積小;公用工程配套少；自動(dòng)化程度高；運(yùn)行平穩(wěn)，適合熱敏性物料。
3、降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)
“降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)”是在MVR的基礎(chǔ)上，采用降膜式蒸發(fā)，并在蒸發(fā)器下部設(shè)置濃鹽水循環(huán)泵，在濃鹽水首次經(jīng)過蒸發(fā)器未達(dá)到所需濃度時(shí)，可通過循環(huán)泵打到蒸發(fā)器頂部再次循環(huán)，直至達(dá)到所需濃度。該工藝采用單效蒸發(fā)器可以達(dá)到多效蒸發(fā)的效果。
該技術(shù)是目前處理高含鹽污水最有效、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。蒸發(fā)廢水所需的熱量由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻所釋放的熱能提供，運(yùn)行過程中消耗的只是驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的水泵、蒸汽泵運(yùn)轉(zhuǎn)和裝置控制系統(tǒng)所需要的電能。另外濃鹽水循環(huán)泵強(qiáng)制液體循環(huán)，可以降低結(jié)垢和結(jié)晶堵塞的程度。
二、幾種蒸發(fā)器的比較
多效蒸發(fā)（MEE）技術(shù)成熟，可處理廢水范圍廣，所需生蒸氣量大，效數(shù)的多少要綜合考慮設(shè)備投資。機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（MVR）與多效蒸發(fā)（MEE）相比，MVR能最大程度地利用二次蒸汽，節(jié)能效果顯著，占地面積小。
MVR在首次啟動(dòng)時(shí)需要蒸汽供給，正常運(yùn)行后不需另行供給蒸汽。但MVR對蒸汽壓縮機(jī)的要求很高，基本采用進(jìn)口壓縮機(jī)，價(jià)格高昂。
MEE主要消耗的是蒸氣，而MVR則是以電代汽。降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)與MVR技術(shù)在利用二次蒸汽節(jié)能和對蒸汽壓縮機(jī)的高要求方面是一致的。降膜蒸發(fā)器靠重力作用成膜，能蒸發(fā)粘度較大的物料，且受熱時(shí)間短，蒸發(fā)效率較高，適于熱敏性強(qiáng)、濃度較大、不易結(jié)垢的料液。
采用“晶種法”可以解決換熱管結(jié)垢問題，另外采用蒸汽走管內(nèi)、濃水在管外的方式應(yīng)該更易于清理。
三、存在的問題
污水零排放技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于設(shè)備容易結(jié)垢污堵、腐蝕性強(qiáng)、投資高、發(fā)泡等問題。
濃鹽廢水中的鹽分在蒸發(fā)濃縮后，很快達(dá)到飽和并析出，在設(shè)備上結(jié)垢，導(dǎo)致蒸發(fā)器和結(jié)晶器的傳熱系數(shù)降低，甚至堵塞換熱管，需要頻繁清洗，嚴(yán)重降低裝置的在線率。
“晶種法”技術(shù)可以緩解蒸發(fā)器換熱管的結(jié)垢問題，被廣泛用于各種高含鹽廢水的處理。“晶種法”以硫酸鈣為基礎(chǔ)，廢水中一般均含有鈣和硫化物，蒸發(fā)器開始運(yùn)行前，如果廢水中所含的鈣和硫化物離子含量不足，可人工補(bǔ)加。
在廢水里添加硫酸鈣“種子”，使其中的鈣和硫化物離子含量達(dá)到適當(dāng)水平，廢水開始蒸發(fā)時(shí)，水中開始結(jié)晶的硫酸鈣就附著在這些“種子”上，并保持懸浮在水里，不會(huì)附著在換熱管表面結(jié)垢，這種現(xiàn)象稱為“選擇性結(jié)晶”。應(yīng)用“晶種法”的蒸發(fā)器，通常能連續(xù)運(yùn)行一年以后才需定期清洗，一般除了在蒸發(fā)器啟動(dòng)時(shí)可能需要添加“晶種”外，正常運(yùn)行時(shí)無需再添加。
