煙氣洗滌廢水具有雜鹽含量較高的特點(diǎn),且含有較高的有機(jī)污染物,pH偏堿性。該高鹽廢水不適合采用物化或生物處理技術(shù),反滲透技術(shù)雖可以解決高鹽廢水的減量,但反滲透產(chǎn)生的高含鹽濃縮液的出路更為棘手。近年來,隨著環(huán)評對污染物排放總量控制日益嚴(yán)格,絕大多數(shù)危險(xiǎn)廢物綜合處理廠執(zhí)行廢水處理達(dá)標(biāo)后“零”排放,為此,實(shí)現(xiàn)高鹽廢水的高效減量與達(dá)標(biāo)處理迫在眉睫。本研究結(jié)合某危廢處理廠的高鹽工業(yè)廢水處理工程,探索多效蒸發(fā)工藝在高鹽廢水處理工藝設(shè)計(jì)中相關(guān)重要工藝流程的選取與關(guān)鍵參數(shù)的取值,以期為類似工程提供參考與借鑒。
多效蒸發(fā)是一個(gè)多級串聯(lián)濃縮過程,其中各效操作參數(shù)與單效蒸發(fā)相同,但各效過程參數(shù)相互制約。一般而言,增加效數(shù)可以提高蒸發(fā)處理的經(jīng)濟(jì)性,但由于存在溫度差損失,效數(shù)不可能無限制地增加。針對無機(jī)鹽溶液的蒸發(fā),目前一般選擇二~四效蒸發(fā)。
根據(jù)多效蒸發(fā)中物料與二次蒸汽的流向不同,多效蒸發(fā)細(xì)分為平流、順流和逆流等多種蒸發(fā)工藝。
危廢焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高鹽廢水總?cè)芙夤腆w(Total Dissolved Solids,TDS)含量較高,且含有一定的雜質(zhì)、懸浮物(Suspended Solids,SS)和CODCr,黏度較大,適合選用逆流式三效蒸發(fā)工藝。
1、工藝流程
1.1 高鹽廢水設(shè)計(jì)水量與進(jìn)水水質(zhì)
某危廢處置中心高鹽廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量為100t/d,折合4.2t/h,整個(gè)工藝過程中預(yù)計(jì)可產(chǎn)雜鹽(干基)約210kg/h,該高鹽廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。
1.2 設(shè)計(jì)工藝流程
高鹽廢水經(jīng)預(yù)熱、三效蒸發(fā)濃縮、二效蒸發(fā)濃縮、一效蒸發(fā)濃縮后,進(jìn)入離心機(jī)出鹽,總體工藝流程見圖1。一效加熱器為強(qiáng)制循環(huán)式,二效、三效加熱器均為降膜循環(huán)式。蒸發(fā)得到的冷凝液經(jīng)后續(xù)生化系統(tǒng)處理后回用。
1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)取值
根據(jù)進(jìn)水水質(zhì),本項(xiàng)目三效蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。
本項(xiàng)目3個(gè)加熱器均為管殼式換熱器,其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
1.4 設(shè)計(jì)冷凝水排放指標(biāo)
三效蒸發(fā)冷凝液進(jìn)后續(xù)污水處理站,采用生化處理+膜深度處理的工藝技術(shù)路線進(jìn)行深度處理。經(jīng)污水處理站處理后的廢水達(dá)到GB/T18920—2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)調(diào)試期間,冷凝水指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。
2、測試指標(biāo)與分析方法
2.1 原料組分指標(biāo)
經(jīng)取樣分析,高鹽廢水原料實(shí)際組分較設(shè)計(jì)值差異較大,主要體現(xiàn)在原料TDS、CODCr和氯離子含量均遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,具體見表3。一方面由于前端焚燒來料種類繁雜,組分差別較大;另一方面為減少高鹽廢水的產(chǎn)生,實(shí)際增大了焚燒系統(tǒng)洗滌循環(huán)水的循環(huán)次數(shù),各組分逐漸累積至較高值。
由表3可知,焚燒系統(tǒng)洗滌高鹽廢水實(shí)際水質(zhì)中TDS和CODCr都超過設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo),特別是CODCr分別超過設(shè)計(jì)值15.5倍和11.6倍,因此需要對高鹽廢水進(jìn)行調(diào)質(zhì),調(diào)質(zhì)后的進(jìn)水水質(zhì)見表4。
調(diào)質(zhì)后的高鹽廢水作為三效蒸發(fā)裝置的進(jìn)料。
2.2 其他指標(biāo)
本項(xiàng)目調(diào)試期間其他測試指標(biāo)還包括:①進(jìn)料流量;②生蒸汽冷凝水、二次蒸汽冷凝水、機(jī)封水、真空系統(tǒng)循環(huán)水中TDS指標(biāo);③二次蒸汽冷凝水溫度。
3、運(yùn)行效果分析
3.1 二效物料循環(huán)及轉(zhuǎn)料
二效循環(huán)泵兼具物料循環(huán)和轉(zhuǎn)料的功能,出口壓力控制在0.15~0.18MPa,可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)向一效分離器轉(zhuǎn)料。
但二效循環(huán)泵出口壓力低于0.15MPa或高于0.18MPa時(shí),一效進(jìn)料量均會(huì)有不同程度地下降,一效分離器液位會(huì)逐步降低,直至低液位報(bào)警,需要人工干預(yù)調(diào)節(jié)。這主要是因?yàn)樵诙аh(huán)泵出口壓力太低時(shí),二效無法正常向一效迅速補(bǔ)料;出口壓力太高時(shí),二效加熱器循環(huán)量變小,一效進(jìn)料量也相應(yīng)減小。
因此,調(diào)節(jié)并控制二效循環(huán)泵出口壓力在0.15~0.18MPa,既能穩(wěn)定向一效分離器轉(zhuǎn)料,又不影響二效物料的循環(huán)。
3.2 三效分離器壓力
二次蒸汽冷凝水溫度一般不超過40℃,其隨時(shí)間變化趨勢見圖3。
由圖3可知,在實(shí)際調(diào)試過程中,二次蒸汽冷凝水溫度集中在31~39℃,此時(shí)三效分離器壓力為12.3kPa(絕對壓力)。
3.3 分離器操作液位
調(diào)試過程中,分離器液位隨時(shí)間變化趨勢見圖4~圖6。由于3個(gè)分離器液位量程有差異,因此均以實(shí)際液位所占分離器液位計(jì)總高度的比例來表示實(shí)際操作液位。
可以看出,調(diào)試期間正常運(yùn)行工況下,3個(gè)分離器液位均穩(wěn)定在45%~55%(出鹽工況除外,此時(shí)一效分離器液位會(huì)明顯下降)。此時(shí)二次蒸汽冷凝水水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
分離器液位達(dá)到65%~70%左右時(shí),二次蒸汽冷凝水中TDS就可能會(huì)超標(biāo),主要是因?yàn)榇藭r(shí)分離器液面上部氣相空間相對縮短,蒸發(fā)出的二次蒸汽在分離器內(nèi)停留時(shí)間縮短,二次蒸汽與鹽分未能完全分離,導(dǎo)致從分離器頂部出去的氣相物料夾帶部分鹽分。
綜合考慮分離器與加熱器的豎向布置,3個(gè)分離器液位控制值為50%時(shí)系統(tǒng)可正常運(yùn)行。
3.4 出鹽時(shí)間與出鹽量
系統(tǒng)設(shè)計(jì)出鹽量約為210kg/h,實(shí)際調(diào)試期間為間歇出鹽,即先根據(jù)一效分離器底部視鏡觀察分離器內(nèi)物料濃度,如果視鏡中鹽分低于1/3視鏡位置,則說明暫時(shí)還未濃縮到出料濃度;若視鏡中鹽分達(dá)到1/3位置,則說明可能達(dá)到出料濃度,需要再進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)確定,具體實(shí)驗(yàn)方法為:取1只500mL燒杯,至出料泵出口取樣管取樣,冷卻約10min后觀察鹽分含量,若鹽分含量超過40%,即具備出鹽條件。調(diào)試期間,每隔約4~6h出鹽1次,每次出鹽約1.0~1.2t。
4、結(jié)論
1)由于高鹽廢水成分復(fù)雜,且含鹽量可能會(huì)有較大波動(dòng),尤其是含鹽量高于8%時(shí),二效加熱器即會(huì)有少量結(jié)晶鹽析出,降膜式加熱器由于循環(huán)量較小,存在結(jié)晶鹽堵塞的風(fēng)險(xiǎn),因此針對危廢焚燒系統(tǒng)高鹽廢水處理三效蒸發(fā)系統(tǒng),一效、二效和三效加熱器均選擇強(qiáng)制循環(huán)型。
2)本系統(tǒng)二效循環(huán)泵出口壓力需控制在0.15~0.18MPa;分別設(shè)置單獨(dú)的二效轉(zhuǎn)料泵與二效循環(huán)泵,確保進(jìn)料量穩(wěn)定,系統(tǒng)蒸發(fā)過程平穩(wěn)。
3)為確保在進(jìn)水CODCr較高(>1500mg/L)且水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下,三效蒸發(fā)系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行,母液不宜回流至三效系統(tǒng)。
4)為控制三效分離器壓力穩(wěn)定在12.3kPa(絕對壓力),宜設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥,以保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。