機械蒸汽再壓縮處理高鹽有機廢水的工作原理
【上海純水設(shè)備行業(yè)新聞】
本文綜述了高鹽有機廢水的危害及處理方法，分析了機械蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR原理、設(shè)備和優(yōu)缺點，結(jié)合文獻(xiàn)論述了去除指標(biāo)和達(dá)標(biāo)排放的案例，著重介紹了MVR高鹽有機廢水的技術(shù)問題和解決方、能耗和成本，為工程指導(dǎo)和經(jīng)濟技術(shù)分析提供了參考。
關(guān)鍵詞：機械蒸汽；再壓縮；高鹽有機廢水
引言
含鹽廢水是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少為1%總?cè)芙夤腆w（TDS為10OOOmg/L廢水，高鹽廢水的TDS為35OOOmg/L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%局部高鹽廢水中TDS甚至高達(dá)100000-600OOOmg/L高鹽廢水含有大量可溶性的無機鹽，如Cl-SO2-4Na+和Ca2+Mg2+等，局部工業(yè)有機高鹽廢水中還含有Cu2+Zn2+Pb2+Cr2+Cd2+等金屬離子，目前難處理的廢水之一。上海純水設(shè)備高鹽有機廢水的化學(xué)耗氧量COD高達(dá)幾千、幾萬甚至十幾萬mg/L其中的高濃度無機鹽和難降解有機物排放會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，對土壤及地表水、地下水造成破壞。
1MVR簡介
罕見處置高鹽廢水的方法有化學(xué)法、生物法和物理法?；瘜W(xué)法有離子交換、電解和微電解、高級氧化等。鄭常春等各種高級氧化技術(shù)的投資利息低，但是運行利息普遍較高。生物法有好氧法和厭氧法。施帥帥等的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽度增大時，生物法處置時會出現(xiàn)問題：處置時間加長，去除率明顯下降。物理法有膜分離和蒸發(fā)，膜分離利息較高，目前應(yīng)用廣泛的脫鹽技術(shù)是蒸發(fā)。機械蒸汽再壓縮（MVR最新節(jié)能型的技術(shù)，自世界能源危機以來越來越受重視。2007年MVR技術(shù)引入中國后，已被廣泛應(yīng)用于乳品行業(yè)，食品加工和廢水處置等領(lǐng)域。
天津科技大學(xué)探尋了MBR法在高鹽廢水處置中的應(yīng)用，其主要研究目的探尋梯度增加鹽度的自然化污泥和穩(wěn)定鹽度投加嗜鹽菌生物的強化馴化污泥對MBR膜生物反應(yīng)器）影響。梯度加鹽自然馴化的活性污泥適用于低負(fù)荷的含鹽污水處理，而穩(wěn)定鹽度投加嗜鹽菌生物強化馴化的活性污泥，適用于高負(fù)荷的含鹽廢水處理
1.1基本原理
MVR技術(shù)在1917年發(fā)明，第一臺MVR設(shè)備在奧地利被設(shè)計安裝。其原理是料液經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)發(fā)生二次蒸汽，經(jīng)分離器分離后再經(jīng)壓縮機壓縮，從而提高壓力、升高溫度、增加熱燴，然后作為加熱蒸汽循環(huán)使用的技術(shù)，充分利用了蒸發(fā)過程中發(fā)生二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過程對外界能源需求。蒸發(fā)器分離進去的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度壓力升高，熱燴增大，然后進入加熱室冷凝并釋放潛熱，受熱的料液得到熱量后汽化發(fā)生二次蒸汽經(jīng)分離后進入壓縮機，重復(fù)上述操作，完成液通過結(jié)晶罐結(jié)晶，最后經(jīng)離心機去除各類鹽。整個過程主要向壓縮機提供電能，省去了蒸汽和冷卻水的能源消耗。
1.2主要設(shè)備
MVR主要設(shè)備包括預(yù)熱器、蒸汽壓縮機、汽液分離器和蒸汽換熱器等。1進入預(yù)熱器的待蒸發(fā)溶液一般為20250C預(yù)熱器中用列管式換熱器將原料液預(yù)加熱，管程內(nèi)為物料、殼程內(nèi)為蒸汽，殼程內(nèi)配有多個折流板，增加擾動強化傳熱，采用強制循環(huán)軸流泵做動力，使物料循環(huán)蒸發(fā)，提高物料的流速以免換熱管結(jié)垢。2蒸汽壓縮機轉(zhuǎn)速通常為980rmp-1450rmp為了提高系統(tǒng)內(nèi)二次蒸汽熱燴，由它壓縮二次蒸汽，繼續(xù)向系統(tǒng)提供蒸汽。壓縮機有離心式壓縮機和羅茨式壓縮機兩種，離心式壓縮機屬于葉片式風(fēng)機，適合蒸發(fā)量較大但物料沸點升高不大的情況。茨式壓縮機屬于容積式風(fēng)機，適用于蒸發(fā)量較小但沸點升高較大的情況。3汽液分離器主要用于將濃縮液體和蒸汽分離，蒸發(fā)中還起到物料沉降和晶體生長的作用。4換熱后原液通過進料泵裝入蒸汽換熱器，溫差20℃以上并且與蒸汽壓縮機發(fā)生的蒸汽進行換熱，使其汽化蒸發(fā)，換熱器的形式可根據(jù)原液的特性選擇。
1.3優(yōu)缺點
1優(yōu)點
系統(tǒng)只有在開車時需要少量蒸汽，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行后可以不需要蒸汽或僅需極少量的蒸汽用以補充熱平衡。杭州純水設(shè)備整個系統(tǒng)能耗主要是壓縮機的電耗，運行費用大幅下降。整個系統(tǒng)只有一個加熱室，不需要冷凝器，無需冷卻水，節(jié)省了設(shè)備投資和動力消耗。結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，占地面積小。用電代替蒸汽，節(jié)約能源折標(biāo)煤40%-60%左右于熱敏物料的蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不易被破壞。
2缺點
機械蒸汽再壓縮整體設(shè)備較為高貴，前期投資比較高，造價約為四效降膜蒸發(fā)器的1.8倍。整個系統(tǒng)運行受海拔高度影響，高海拔地區(qū)耗電較為嚴(yán)重，增加了能耗。生產(chǎn)能力缺乏，蒸發(fā)不穩(wěn)定，出料濃度的干物質(zhì)含量不穩(wěn)定。
2MVR高鹽有機廢水處置中的應(yīng)用
2.1技術(shù)問題和解決策略
盡管MVR已經(jīng)發(fā)揮了很好的效果，但是運行中仍有許多技術(shù)問題對運行效果有所影響，比如物料物性對MVR選擇、沸點升高對蒸發(fā)的影響、結(jié)垢結(jié)焦問題等。目前的解決戰(zhàn)略有：王帥等研究了物料的物性對MVR性能的影響，并根據(jù)不同物料的物性對MVR進行選擇，對沸點溫度升高較大的物料，一般采用MVR單效蒸發(fā)；高濃度物料需要使用強制循環(huán)或刮板蒸發(fā)器以防止物料流速太慢而結(jié)焦；熱敏性物料要求停留在蒸發(fā)器內(nèi)的時間短，若是蒸發(fā)的物料對溫度的高低有相應(yīng)需求則需考慮蒸發(fā)溫度的高低、蒸發(fā)器的型式與流程。提高蒸發(fā)溫度會使物料的沸點升高，從而影響蒸發(fā)器設(shè)計參數(shù)。物料中的少量有機物及鹽導(dǎo)致料液的整體沸點升高，使得在MVR設(shè)計中要增加換熱器的換熱面積，而在設(shè)計蒸發(fā)量不變的情況下，還要增加壓縮機的壓縮比和減少系統(tǒng)總傳熱面積。馬文杰等研究了處置MVR結(jié)垢的方法，分類分析垢樣后，選擇了化學(xué)除垢法。對碳酸鈣垢用5%一10%鹽酸加緩蝕劑進行溶解去除；對硫酸鈣垢先用堿處理，再用鹽酸常溫浸泡，除垢率可達(dá)100%對于碳酸鈣和硫酸鈣混合垢，用酸和堿交替處置效果較好；1-2天后硅垢變得較為松軟，再用鹽酸加氟化鈉進行。
2.2能耗和成本分析
MVR蒸發(fā)器以消耗電能為主，主要的運行利息來源于壓縮機耗電，廢水的單位處置量和不同的單位電價對利息也有相應(yīng)的影響。MVR處置高鹽有機廢水電費和成本如圖2顯示：蒸發(fā)一噸水平均耗電范圍為24-50SOkWh方健才報道處置氯化銨廢水，單位處置量為3t/h年處理時間7200h結(jié)果單位廢水耗電46kWh/t依照電價為0.6元/kWh計，每噸廢水利息為29.6元。上海水處理設(shè)備葉正茂等報道硫酸錢廢水（氯離子濃度100000mg/L處置，單位處置量為3t/h年處理7920h結(jié)果顯示單位廢水耗電24kW?h/t電價為0.6元/kWh每噸水成本為14.4元。張向陽報道含硫酸鈉廢水處理，蒸發(fā)量為20t/h單位廢水電量消耗36kWh/t折14.38kgce/t水，單位電價為0.75元/kWh處置噸水成本為34.72元。
3結(jié)語
今后的蒸發(fā)包括MVR技術(shù)和生物處置組合處置將是高鹽度有機廢水的應(yīng)用方向，著名學(xué)者OlivierLefebvr也提出高鹽有機廢水處置的主要方向?qū)⑹菍⑽锘蜕锛夹g(shù)結(jié)合。筆者更想指出的技術(shù)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進一步降低成本，也是今后機械蒸汽再壓縮處置高鹽有機廢水的發(fā)展方向。
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