危废废水物化预处理蒸发组合技术

发布时间:2024-3-25 15:00:39

随着我国现代工业的高速发展,工业生产过程中排放大量废液,如果不能有效治理,随意排放,会严重污染地下水和土壤,并对人体造成中毒、致癌、致畸、致变等损害,严重危害生态环境和人体健康。目前,工业生产过程中排放的具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性或者感染性的废液已被纳入《国家危险废物名录(2021年版)》进行管理,各地也新建了大量废液处置中心对这些有毒有害废液进行处理。废液处置中心对不同类型的废液分类储存,然后按各废液的性质采用一定的处理工艺对其进行物化预处理,降低废水的COD和毒性,提高废水的可生化性,为后续生化处理设施的稳定运行提供保障。

1、危废废水来源及特征

危废废水来源广泛而复杂,其主要来源于化学工业、炼油工业、金属工业、采矿工业和医药行业等,这些废水可根据《国家危险废物名录(2021年版)》的规定进行分类。危险废物的有害特性不尽相同,且成分也很复杂,故适用于每种危险废物的处置方法不尽相同。

危废处置废水包括含油废水、溶剂废水、含氰废水、含氟废水、重金属废水和废酸碱废水等。这些废水主要有4个特征。一是COD含量高。每升废水COD含量高达几万甚至几十万毫克,未经处理的高浓度COD废水一旦排入自然水体,就会被水中微生物降解,COD降解过程会消耗水中大量氧气,导致水体缺氧,破坏水体生态平衡。二是盐浓度高。废水中高浓度的盐分对微生物的增殖有很强的抑制作用,未经驯化的微生物的活性将明显受到抑制,严重影响废水处理效率,难以达到预期的净化效果,加大了废水处理难度。三是毒性大。废水含有氰、酚、重金属等,对微生物产生致畸或致死作用。四是水质不稳定,成分复杂。酸碱度、含盐量、重金属含量差异较大,加大处理难度。总之,危废废水是典型的难生化降解废水,在进生化系统前必须进行预处理,以降低生物毒性和有害物浓度。

2、危废废水物化预处理方法

废水预处理可以减轻后续生化处理的负担,减少废水中对微生物有抑制作用的物质。目前,危废废水物化预处理方法有絮凝沉淀、气浮、离子交换、深度氧化和蒸发浓缩等。在预处理过程中,废水加药较多,且初期盐含量很高,导致预处理后的废水成为高盐、高COD废水,这些废水成为水处理行业公认的高难度处理废水。行业内对此类废水主要采用蒸发浓缩法,即通过加热将废水中的水和沸点较低的溶剂一同蒸出,使废水中盐分析出,有效去除废水中盐分和其他杂质,满足后续工艺进水要求。

3、蒸发工艺选择

3.1 三效蒸发工艺

三效蒸发工艺分为三种,即顺流蒸发、逆流蒸发与错流蒸发。结合物料性质和项目经验,三效蒸发系统采用混流蒸发,即物料从Ⅲ效进料,经过Ⅰ效后从Ⅱ效出料。这种方式具有诸多优点。一是Ⅱ效出料,温度较高,可避免浓缩液因有机物过多而过于黏稠造成出料堵塞;二是Ⅲ效温度较低,但有机物浓度不高,不会出现堵管现象;三是Ⅲ效进料,Ⅱ效出料,提高了能量利用率,降低能耗。

3.1.1 顺流蒸发

顺流蒸发物料流向同蒸汽流向一致,即从Ⅰ效进料,经过Ⅱ效后从Ⅲ效出料。顺流蒸发能耗低,但末效出料温度较低。物化废水为高盐高COD废水,浓缩一定倍数后,物料有机物富集,黏度增大,容易结盐堵塞管道,影响设备稳定运行。

3.1.2 逆流蒸发

逆流蒸发物料流向同蒸汽流向相反,即物料从Ⅲ效进料,经过Ⅱ效后从Ⅰ效出料。出料温度高,可以在一定程度上提高黏度,但也带走较多热量,运行成本较高。由于浓缩液含有大量有机物,温度过高会使有机物碳化后与固体盐结合在一起,很难清洗。

3.1.3 错流蒸发

错流蒸发将顺流蒸发与逆流蒸发相结合,兼取两者之长,但是操作复杂。3.2MVR工艺机械蒸汽再压缩工艺(MVR)是一种节能蒸发技术,它利用蒸发过程中自产的二次蒸汽作为热源,降低外来能源需求。运行时,MVR系统通过蒸汽压缩机对二次蒸汽进行压缩做功,将电能转换成热能,提高了蒸汽的温度和压力,将乏汽转变为高品位的蒸汽,作为蒸发器的热源,实现了蒸汽潜热的有效利用,极大地降低了废水蒸发的能耗,实现系统的低能耗运行。

蒸汽压缩机是MVR工艺的核心设备,此工艺的使用受废水沸点温升范围的限制,若废水沸点升高数值掌握不准,选出的压缩机提供的热焓就会偏小,最终导致蒸发能力不足,MVR系统无法达到目标蒸发量。当废水水质比较复杂时,分离器中出来的蒸汽无法彻底除沫,进入压缩机后会有腐蚀风险。MVR蒸发能耗主要为电耗,它适用于蒸汽成本高而电耗成本较低的项目。根据相关资料,三效蒸发和MVR工艺优缺点对比如表1所示。分析发现,两种蒸发工艺各有利弊,主要根据废水性质、运行成本与投资费用等,选择蒸发工艺。

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4、蒸发组合工艺应用实例

某危废处置中心的废液经前端物化处理,其出水成分复杂(高盐、高COD),需要进行蒸发脱盐,以满足后续进水要求。本项目蒸发装置设计废水处理量为335t/d,采用MVR蒸发+错流三效蒸发+单蒸釜组合工艺对废水进行蒸发脱盐,对母液进行深度浓缩,减少母液委外处理量。

4.1 设计水质

危废废水来源广,成分复杂,预处理工艺各不相同,导致进蒸发装置的废水水质变化比较大,故蒸发系统的进水水质在设计时具有较大的取值范围。本项目蒸发系统进水综合水质如表2所示。

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4.2 工艺流程

进蒸发系统的废水先在一级预热器中与出装置的二次蒸汽凝液换热,被预热的废水继续在二级预热器中与出装置的生蒸汽凝液换热,被加热的废水进入MVR分离罐,废水在MVR分离罐内浓缩,MVR分离罐顶部的蒸汽被压缩机加压升温,加压升温后的二次蒸汽在MVR加热器中对来自MVR分离罐底部的浓缩液进行加热,加热后的浓缩液返回MVR分离罐中进行气液分离,被冷凝的二次蒸汽与进MVR的废水换热后暂存在蒸发收集池内。MVR分离罐底部的浓缩废水被送至三效蒸发系统进行蒸发脱盐。

来自MVR分离罐底部的浓缩废水进入Ⅲ效分离罐,废水在Ⅲ效分离罐内浓缩,被蒸去一定水分后的浓缩液由转料泵送至Ⅰ效分离罐内继续蒸发。Ⅰ效分离罐浓缩后的废水被转料泵送至Ⅱ效分离罐内继续蒸发浓缩,Ⅱ效分离罐底的浓缩液被出料泵送至结晶釜降温结晶,含有结晶盐的废水自流进入离心机进行固液分离,分离盐后的母液一部分返回Ⅱ效分离罐继续浓缩,另一部分母液进入单蒸釜进行减压蒸发,单蒸釜浓缩后的母液排入吨桶,委外处置。Ⅰ效加热器的热源为生蒸汽,Ⅱ效加热器的热源为Ⅰ效分离罐的二次蒸汽,Ⅲ效加热器的热源为Ⅱ效分离罐的二次蒸汽,Ⅲ效分离罐和单蒸釜产生的二次蒸汽被循环水冷却。

4.3 主要工艺参数

蒸发组合工艺主要设备工艺参数如表3所示。

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4.4 主要设备选型

根据进水量、进水水质与各蒸发设备的操作参数,并结合工程经验,可得到设备选型结果。

4.4.1 MVR部分

一级预热器换热面积为25m2,数量为1台;二级预热器换热面积为25m2,数量为1台;MVR加热器换热面积为800m2,数量为1台;MVR分离罐规格为Φ2000mm×5000mm,数量为1台;离心式蒸汽压缩机进气量为8t/h,其变频电机功率为560kW,数量为1台。

4.4.2 三效蒸发部分

Ⅰ效加热器、Ⅱ效加热器、Ⅲ效加热器及冷凝器换热面积均为140m2,数量均为1台;Ⅰ效分离罐规格为Φ1200mm×5000mm,数量为1台;Ⅱ效分离罐规格为Φ1200mm×5000mm,数量为1台;Ⅲ效分离罐规格为Φ1400mm×5000mm,数量为1台。水环真空泵最大抽气量为280m3/h,功率为7.5kW,数量为1台;结晶釜容积为6300L,换热面积为6.4m2,数量为4台;吊袋离心机分离含固相物的粒径大于0.5mm,机型为PD-1500,功率为22kW,数量为1台。

4.4.3 母液单蒸部分

单蒸釜容积为6300L,换热面积为6.4m2,数量为4台;水环真空泵最大抽气量为165m3/h,功率为4kW,数量为1台。

4.5 设备和管道材质选择

一是与物料接触的换热器、容器材质应采用钛材。结晶釜、单蒸釜材质为碳钢(内衬搪瓷防腐)。转料泵与循环泵材质为钛,进料泵材质为钢衬氟。选择抗酸、抗氯离子腐蚀的材质,避免设备被高盐高COD废水腐蚀,减少非计划性停车。二是与物料接触的管道、含结晶管道的阀门全部选用钛材,其余选用碳钢衬四氟。与二次蒸汽接触的管道应选用钛材,与二次蒸汽冷凝水接触的管道和阀门都选用316L不锈钢,其他低温料液输送管道和阀门用非金属管道,以节约成本。

4.6 工程设计注意事项

危废废水含钙、镁、氟等离子,硬度过高,蒸发时易造成设备结垢、管道堵塞及设备腐蚀等问题。因此,废水在进入蒸发系统前需要除氟除硬,以减少蒸发时结垢、腐蚀导致的停工,实现装置的长周期运行。采用酸性蒸发,即蒸发进水pH控制在34,使得废水中氨氮大部分以铵根离子(NH4+)的形式存在,降低蒸发出水氨氮值,减轻后续生化系统脱氮负荷。

换热管、强制循环管内物料流速必须满足不小于2m/s的要求,减轻换热管和管道结垢,提高换气器的换热效果,避免换热器和管道堵塞。出盐的分离器晶浆出口配置有盐腿,循环时尽量取上清液,减少已成形晶体不必要的循环。由于出盐管道中料液浓度过高,温度稍微降低就会有晶体析出,可能导致管道堵塞,所以工程设计需要考虑出盐管、浓缩液的防堵措施。

5、结论

相比单一蒸发工艺,本组合工艺充分利用MVR能耗低,三效蒸发浓缩倍数高、抗波动能力强的特点,具有综合能耗低、处理效率和浓缩倍数高、防堵、残液量小等优点。它通过对不同蒸发工艺进行组合,发挥各自优势,使蒸发装置能长周期运转,它是一种较好的高盐、高COD危废废水物化预处理技术。(来源:中蓝连海设计研究院有限公司)

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