浅议三效蒸发在高含盐废水处理中的应用

武玉欣

河北野田农用化学有限公司

【摘 要】高盐废水不能简单地用生化处理，且物化处理过程较复杂，处理费用较高，是污水处理行业公认的高难度处理废水。蒸发法是处理高盐废水最为传统的方法，运行成本很高，一般多采用多效蒸发器，优点是结构简单、操作容易、所得淡水水质好。

【关键词】高盐废水；三效蒸发；废水处理

1.绪论

高盐废水是指含总溶解固体TDS（Total Dissolved Solid）和有机物的质量分数≥3.5 %的废水，包括高盐生活废水和高盐工业废水。主要来源于直接利用海水的工业生产、生活污水和食品加工厂、制药厂、化工厂等。这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如Cl-、、SO3 2-、SO4 2-等离子。这些高盐、高有机物废水，若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大危害。[1]

2.三效蒸发器脱盐法

蒸发是现代化工单元操作之一，即用加热的方法使溶液中的部分溶剂汽化并去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析出创造条件[2]。三效蒸发器脱盐法是利用浓缩结晶系统将废液中的无机盐通过蒸发的方式加以去除的方法。三效蒸发器是由相互串联的三个蒸发器组成，高温（120℃左右）加热蒸汽被引入第一效，加热其中的废液，产生的蒸气被引入第二效作为加热蒸气，使第二效的废液以比第一效更低的温度蒸发，这个过程一直重复到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇集后作为淡化水输出。同时，高盐废水经过由第一效到最末效的依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出，由此实现盐分与废水的固液分离。含盐废水进入三效浓缩结晶装置，经过三效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水和浓缩晶浆废液，无机盐和部分有机物可结晶分离出来进行焚烧处理，淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用[3]。

3.三效蒸发器

3.1 三效蒸发器应用范围

三效蒸发器可应用于处理化工生产、医药生产等企业在工艺生产过程中产生的高含盐废水，适宜处理的废水含盐量为3.5 %～25 %（质量百分比），COD浓度为2000 ppm～10，000 ppm。

3.2 三效蒸发器组成及原理

三效蒸发器主要由相互串联的三组蒸发器、冷凝器、盐分离器和辅助设备等组成（如图1所示）。三组蒸发器以串联的形式运行，组成三效蒸发器。整套蒸发系统采用连续进料、连续出料的生产方式。高含盐废水首先进入一效强制循环结晶蒸发器，结晶蒸发器配有循环泵，将废水打入蒸发换热室，在蒸发换热室内，外接蒸气液化产生汽化潜热，对废水进行加热。由于蒸发换热室内压力较大，废水在蒸发换热室中在高于正常液体沸点压力下加热至过热。加热后的液体进入结晶蒸发室后，废水的压力迅速下降导致部分废水闪蒸，或迅速沸腾。废水蒸发后的蒸气进入二效强制循环蒸发器作为动力蒸气对二效蒸发器进行加热。一效、二效、三效强制循环蒸发器之间通过平衡管相通，在负压的作用下，高含盐废水由一效向二效、三效依次流动，废水不断地被蒸发，废水中盐的浓度越来越高，当废水中的盐分超过饱和状态时，水中盐分就会不断地析出，进入蒸发结晶室的下部的集盐室。吸盐泵不断将含盐的废水送至旋涡盐分离器，在旋涡盐分离器内，固态的盐被分离进入储盐池，分离后的废水进入二效强制循环蒸发器加热，整个过程周而复始，实现水与盐的最终分离。

冷凝器連接有真空系统，真空系统抽掉蒸发系统内产生的未冷凝气体，使冷凝器和蒸发器保持负压状态，提高蒸发系统的蒸发效率。在负压的作用下，三效强制循环蒸发器中的废水产生的二次蒸气自动进入冷凝器，在循环冷却水的冷却下，废水产生的二次蒸气迅速转变成冷凝水。冷凝水可采用连续出水的方式，回收至回用水池。

4.三效蒸发器应用实例

4.1 处理工艺及参数

高含盐废水的主要成分为10 %硫酸钠溶液，废水pH值为6～8，废水COD为50，000ppm。处理量为5 t/h。根据高含盐废水的特性，工艺设计按照三效蒸发器进行设计，根据计算，确定的三效蒸发器的主要技术参数如下：

蒸发量Q=5000 kg/h（每小时蒸发水分5000 kg）；实际蒸气耗量Q=2000 kg/h（进气压力0.3 MPa～0.4 MPa）；一效蒸发器换热面积S=140 m2，真空度P=-0.03 MPa；二效蒸发器换热面积S=140 m2，真空度P=-0.06 MPa；三效蒸发器换热面积S=140 m2，真空度P=-0.085 MPa；循环冷却水耗量Q=40 t/h；冷凝冷却面积A=300 m2；机组总功率P=325 kW；机组占地面积为长20 m×宽10 m×高20 m。根据工艺，充分考虑废水对设备的腐蚀性，且本着在满足使用性的前提下尽量节约成本的原则，系统设备选材如下：

1）蒸发器本体选择碳钢内衬搪瓷防腐；2）加热器选择钛管；3）冷凝冷却器列管选用316L不锈钢；4）出料螺杆泵选用316L不锈钢材质；5）回收水罐及闪蒸罐选用碳钢喷涂防腐涂料；6）工艺管道、管件、阀门选用316L不锈钢+PPR材质；7）结晶罐选用碳钢衬搪瓷防腐。

4.2 处理效果及存在问题

高含盐废水经三效蒸发器处理后，产生了结晶盐、有机物浓缩废液和淡化水，结晶盐和有机物浓缩废液送到危险废物处置中心集中焚烧处置，淡化水回用到生产中进一步利用。通过本系统的运行发现，尽管三效蒸发器可以有效处理高含盐废水，但是还存在一些问题需要进一步克服，主要表现在：

（1）废水处理成本高。由于被处理的废水多有腐蚀性，所以设备的选材需要考虑抗腐蚀性，成本较高。

（2）整套设备运行过程中腐蚀严重，寿命短，需要及时更换。

（3）三效蒸发器处理高含盐废水需要大量的蒸汽，很多地方不具备条件。

（4）通过三效蒸发器处理后的高含盐废水还需要送入危险废物处置中心做进一步处置，费用较高增加了企业负担。

（5）进入三效蒸发的废水必须经过预处理，去除杂质，大量溶解态或者悬浮态杂质进入蒸发器后，会增加蒸发器堵塞的风险，再加上工艺控制不好时，结晶物堵塞蒸发器及管道的事情会经常发生。

5.结论

实践证明，传统的废水处理方法并不适宜处理高含盐废水。在众多的高含盐废水处理技术中，三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，在国内具有较大的发展前景。虽然，三效蒸发器存在着处理成本高、设备使用寿命短、需要蒸气量大等缺点，但是随着技术的进一步发展，该技术在高含盐废水处理领域中的应用会进一步扩大。

参考文献：

[1] 刘梅华.高含盐量浓废水处理的探讨[J].化工安全与环境，2007，886（24）： 22-23.

[2] 郑贤助，谢敏，戴艳.高浓度含盐化工废水蒸发脱盐回收处理的试验研究[J]. 污染防治技术，2009，22（4）：5-7.

[3] 马静颖.高浓度含盐有机废液焚烧技术[J].能源工程，2005（1）.