CN105366867B - 一种单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置及方法 - Google Patents

一种单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种结垢少，有效运行周期长，清洗频率低，清洗药耗少的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，它包括机械蒸汽压缩机、混合室、循环泵、蒸馏水罐、蒸发主体和保温缓垢系统，蒸发主体被分割成两个以上的蒸发室；每级蒸发系统包括蒸发室、混合室、喷淋系统、换热管束、浓液泵、保温缓垢系统；所有的蒸发室共用一个蒸汽收集室、机械蒸汽压缩机、换热管束和蒸馏水罐；高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器加热进入一级蒸发系统的混合室，各蒸发系统的浓缩液经保温缓垢系统缓垢后进入下一级蒸发系统的混合室，末级蒸发系统的浓缩液外排。本发明还公开利用该装置对高盐/高有机物废水处理方法，它运行成本低，具有良好的应用前景。

Description

一种单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置及 方法
技术领域
本发明涉及一种单效多室机械再压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置及方法。
背景技术
将高盐度、高有机物废水例如垃圾渗滤液、制药废水、化工废水、电厂脱硫废水等进行妥善处理，使之能够达标排放一直是国内外环保领域的一大难题。
目前国内环保领域中的高盐/高有机物废水处理工艺主要为生物+膜工艺、DTRO工艺和热泵蒸发工艺。生化+膜工艺较为成熟稳定，但其存在应用范围小、工艺流程长、占地面积大、运行费用高、投资大等缺点，同时近30%反渗透浓缩液的最终处置也一直没能解决。DTRO工艺相对简洁、占地较小等特点在工程实例中有一定的应用，但浓缩液量仍然较大。故而近年来越来越多的地方采用热泵蒸发工艺。虽然高盐/高有机物废水成分复杂、生物毒性大，生化处理很困难，但采用热泵蒸发工艺就使问题变得简单。高盐/高有机物废水中大部分污染物均被截留在浓缩液中，仅有少量的游离态的氨气和小分子有机酸随二次蒸汽冷凝进入蒸馏水，该部分污染物可以采取后续系统轻松去除。热泵蒸发工艺占地面积仅为生化+膜工艺的20%~30%，运行费用仅为20元/吨左右，相比生化+膜法，蒸发后浓液量仅为原液的5%~10%；此外，热泵蒸发工艺还具有流程短、操作简单、随开随停等优点。目前工程项目中主要运用的是单效单室热泵蒸发装置。在实际项目中单效单室热泵蒸发器的蒸发室较易结垢，导致装置存在清洗频率较高、药剂耗用量大等问题，制约了热泵蒸发工艺在高盐/高有机物废水处理领域进一步发展。
导致结垢的物质可分为有机物与无机物。其中无机物主要为钙镁硅盐类，例如碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁以及硅酸钙镁沉积物，其中以钙盐为主，有机物主要为腐殖酸类，对某渗滤液项目蒸发设备中结垢取样分析，钙镁盐颗粒构成“骨架”，腐殖酸类呈胶体状，构成“粘合剂”，两种物质复合形成的垢具有硬度高，粘度大，清洗困难等特点，严重影响设备长效运行；解决上述结垢问题，常规方法有软化法和阻垢剂法，采用预处理药剂软化去除钙镁离子则存在加药成本过高，且部分钙镁离子依旧会残留在原液中，在高倍浓缩下依旧会结垢；采用阻垢剂，则加药成本过高，且由于高盐/高有机物废水中污染物成分复杂且多样化，常常与阻垢剂发生某种反应，导致阻垢剂经常失效。
由于钙镁硅盐类和腐殖酸形成的垢传热效果很差，当热泵蒸发器的换热管束外壁结垢后，则降低了换热管传热系数，蒸发所需的换热温差增加，增加了机械蒸汽压缩机对二次蒸汽所需提供的温升和压力，从而增加了运行所需的能耗。此外，由于热泵蒸发器的换热管束较易结垢，需要频繁停机清洗，既增加清洗的药耗，又增加了热泵蒸发启停能耗（以200t/d热泵蒸发器例，单次启动所需要电耗为300kWh左右）。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，该装置结垢少，有效运行周期长，清洗频率低，清洗药耗少。
本发明所述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，包括机械蒸汽压缩机、混合室、循环泵、蒸馏水罐、蒸发主体和保温缓垢系统，所述的蒸发主体通过隔板被分割成两个或两个以上的蒸发室；多级蒸发系统中的每级蒸发系统均包括一个蒸发室、该蒸发室内的换热管束、与该蒸发室相连的一个混合室、通过一个循环泵与该混合室底部相通的、在该蒸发室的内上方的喷淋系统、与该混合室底部依次相连的一个浓液泵、一个保温缓垢系统；所有的蒸发室共用一个蒸汽收集室、机械蒸汽压缩机、换热管束和蒸馏水罐；蒸馏水罐中的蒸馏水作为加热介质经蒸馏水泵送入蒸馏水换热器；高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器加热后进入一级蒸发系统的混合室，各级蒸发系统的浓缩液经保温缓垢系统缓垢处理后进入下一级蒸发系统的混合室，最后一级蒸发系统的浓缩液外排。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，换热管束外表面被隔板分割在不同蒸发室内，换热管束内部连通。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，它还包括一个不凝气体换热器，不凝气体换热器对蒸馏水换热器出来的、进入一级蒸发系统混合室前的高盐/高有机物废水进行加热；所述的换热管束中的不凝气体作为加热介质通过不凝气体管送入不凝气体换热器。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，它还包括浓液换热器，最后一级蒸发系统的浓缩液经浓液换热器外排；高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器和浓液换热器加热后再混和进入一级蒸发系统的混合室。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，所述的保温缓垢系统由管道混合器和压力滤池组成。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，相邻蒸发室之间的隔板高出喷淋系统的喷头8-10cm。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，对于任意一级蒸发系统来说，各蒸发室的内上方均有一个喷淋系统；每个蒸发室底部都与一个混合室顶部相连，每个混合室底部都通过一个循环泵与所述在蒸发室内上方的喷淋系统相连；
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，所述的蒸汽收集室与机械蒸汽压缩机入口相连，所述的机械蒸汽压缩机出口与换热管束相连。
上述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，蒸发室的数量、不同蒸发室所占的换热管表面积比例可根据具体水质情况确定。
本发明同时提供了一种能够减少结垢，增加有效运行周期，减小清洗频率的高盐/高有机物废水处理方法。
本高盐/高有机物废水处理方法是利用上述的处理高盐/高有机物废水装置，它包括以下步骤：
（1）一级蒸发系统对高盐/高有机物废水进行处理：高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器预热后进入该蒸发系统的混合室，再由循环泵输送到喷淋系统喷淋在换热管束表面进行换热蒸发，未蒸发的浓缩液经蒸发室底部回流到混合室，再经浓液泵输送进入保温缓垢系统进行缓垢处理；
（2）其它各级蒸发系统对从上一级蒸发系统出来的浓缩液进行处理：经上一级蒸发系统中的保温缓垢系统进行缓垢处理后的浓缩液作为下一级蒸发系统的进水，再由循环泵输送到喷淋系统喷淋到换热管束表面进行换热，再次浓缩后的浓缩液经蒸发室底部回流到混合室，再进入保温缓垢系统进行缓垢处理，最后一级蒸发系统的浓缩液则经浓液换热器回收热量后外排；
（3）各蒸发室中产生的二次蒸汽进入蒸汽收集室，再经由机械蒸汽压缩机提高其温度、压力后进入换热管束冷凝，同时对各级蒸发系统加热，蒸汽冷凝后得到的蒸馏水送入蒸馏水罐。
上述的高盐/高有机物废水处理方法，换热管束中的不凝气体作为加热介质送入不凝气体换热器，对高盐/高有机物废水或浓缩液进行加热，再排放到尾气处理系统处理达标后排放。
上述的高盐/高有机物废水处理方法，蒸馏水换热器与浓液换热器并联后与不凝气体换热器串联；
上述的高盐/高有机物废水处理方法，保温缓垢系统由管道混合器和压力滤池组成，浓液泵输送来的浓缩液在管道混合器内与Na2CO3和NaOH充分混合后进压力滤池经石英石过滤后进入下一级蒸发系统混合室，管道混合器和压力滤池及输送管道均做保温处理。
本发明的有益效果：
本发明的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置通过将蒸发主体分割成两个或多个蒸发室，每个蒸发室都拥有独立的水路循环系统，通过分段处理的方法以实现了对高盐/高有机物废水的高效节能地处理，设备投资小、占地小、操作管理简便。
蒸发系统在运行过程中，结垢的形成过程为：循环母液在不断与换热管表面接触过程中，其析出的钙镁离子及腐殖酸类粘附在换热管表面，长时间逐步累积导致最终垢层，其结垢程度与易结垢物质析出量有关，析出越多，结垢形成越快，同时与接触时间有关，接触时间越长，结垢越多；即降低循环母液中易结垢物质浓度及其与换热面接触时间可有效延缓结垢程度；
根据上述分析，本发明在于各级蒸发系统对高盐/高有机物废水进行分级浓缩并进行保温缓垢系统净化处理，可有效延长运行周期，降低清洗频率、药耗及能耗。
附图说明
图1是本发明一个实施例单效二室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置的结构示意图。
图2是本发明单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置的工作流程图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的单效二室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，包括浓液换热器1，蒸馏水换热器2，一级浓液泵3，一级循环泵4，一级混合室5，换热管束6，一级喷淋系统7，第一蒸发室8，除雾网9，蒸汽收集室10，隔板11，第二蒸发室12，二级喷淋系统13，机械蒸汽压缩机14，二级混合室15，二级浓液泵17，二级循环泵16，不凝气体换热器18，蒸馏水罐19，蒸馏水泵 20。
浓缩液换热器1和蒸馏水换热器2通过原液管与不凝气体换热器18相连，不凝气体换热器18通过原液管与一级混合室5中部相连，一级混合室5顶部与第一蒸发室8相连，一级混合室5底部通过一级循环泵4与一级喷淋系统7相连，一级混合室5底部还通过一级浓缩液泵3与一级保温缓垢系统相连。
二级混合室15顶部与第二蒸发室12相连，二级混合室15底部通过二级循环泵16与二级喷淋系统13相连，二级混合室15底部还通过二级浓液泵17与浓液换热器3相连。
蒸汽收集室10位于第一蒸发室8和第二蒸发室12顶部，除雾网9位于蒸汽收集室10底部，蒸汽收集室10顶部一侧与机械蒸汽压缩机14进气口相连，机械蒸汽压缩机14出气口与蒸汽换热管束6相连，蒸汽换热管束6底部与不凝气体换热器18和蒸馏水罐19相连，蒸馏水罐19底部通过蒸馏水泵20与蒸馏水换热器2相连。
隔板11位于蒸汽换热管束6上，隔板11高出一级和二级喷淋系统的喷头10cm，以保证两个蒸发室中水路循环相互独立。
利用本发明单效多室机械压缩蒸发装置处理高盐/高有机物废水的工作过程包括以下步骤： 参见图2，
（1）高盐/高有机物废水经换热器预热后进入一级混合室，再由一级循环泵输送到一级喷淋系统，并喷淋在换热管束表面进行换热蒸发，浓缩液经蒸发室底部回流到一级混合室，一级浓缩液输送入一级保温缓垢系统，进行缓垢处理；
（2）经缓垢处理的一级浓缩液进入二级混合室，再由二级循环泵输送到二级喷淋系统，并喷淋到换热管束表面进行换热，浓缩液经蒸发室底部回流到二级混合室，二级浓缩液经级浓液泵输送至二级保温缓垢系统；依次类推；最后一级蒸发系统的浓缩液由浓液换热器回收能量后外排；
（3）各蒸发室中产生的二次蒸汽进入蒸汽收集室，经除雾网去雾后由机械蒸汽压缩机提高其温度和压力后进入换热管束换热后冷凝，蒸馏水经收集后流到蒸馏水罐，再经蒸馏水换热器回收热量后，达标排放；
（4）换热管束中的不凝气体经不凝气体换热器回收热量后，再排放到尾气处理系统处理达标后排放。
利用本发明单效多室机械压缩蒸发装置处理高盐/高有机物废水的节能原理如下，以单效双室为例：
高盐/高有机物废水经预处理软化后，含盐量在1-5%左右，在第一蒸发室中高盐、高有机废水的浓缩倍数控制在2.5倍左右，第一级浓缩液经二级软化处理后进入第二蒸发室进行蒸发，第二蒸发室中浓缩倍数控制在4倍左右。 此时，第一蒸发室内的混合液中盐含量较低，换热管束不易结垢，换热管传热系数可以按8000KJ/（m2·℃）计；第二蒸发室内混合液中盐含量较高，换热管传热系数可以按2000KJ/（m2·℃）计，则可以通过两个蒸发室换热面积的分配，增加第二蒸发室的换热面积，延长装置的运行周期。高盐/高有机物废水在处理中经过两级软化处理，进一步降低了循环液中钙镁硅等盐分的含量，换热管束上垢的主要成分为析出的腐殖酸类，较易清洗，降低了清洗药耗。
本发明技术与现有技术比较：
以处理规模200t/d，进水COD为10000mg/L、TDS为20000mg/L，浓缩比例为10倍例：
对于单效单室热泵蒸发器：高盐/高有机物废水经软化处理后进入传统的单效单室热泵蒸发器处于完全混合状态，喷淋在换热管束上的混合液中污染物浓度与其所排放的10%浓缩液一样，即TDS为200000mg/L左右，在此工况下，蒸发室内的换热管束上较易结垢，蒸发室需要每三天清洗一次，单次清洗药剂为10%硝酸200Kg，10%烧碱200Kg，单次启动所需的电耗为300KWH。
对于单效多室机械压缩蒸发装置：高盐/高有机物废水经第一级软化处理后进入第一蒸发室内与混合液混合，第一蒸发室内浓缩倍数控制在2.5倍左右，即TDS为50000mg/L左右，在此工况下，蒸发室内的蒸发管束不易结垢；第一蒸发室排出的浓缩液再经缓垢处理进一步去除钙镁硅等离子后，浓缩液的TDS为46000mg/L，在浓缩倍数控制在4倍左右的第二蒸发室内，TDS含量为184000mg/L。通过调整第一、第二蒸发室所占换热面积的比例，增大第二蒸发室的面积，则蒸发室每15天需清洗一次，单次清洗药剂为10%硝酸150Kg，10%烧碱150Kg，单次启动所需的电耗为300KWH；清洗时，分别用10%硝酸和10%烧碱清洗第二蒸发室，清洗完成后分别将第二蒸发室排出的尾酸和尾碱用来清洗第一蒸发室。
由上可见，单效多室机械压缩蒸发装置较现有技术可以有效地减缓蒸发主体的结垢，减少了清洗频率和药耗，延长装置运行周期，降低运行成本。

Claims (6)

1.一种单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，包括机械蒸汽压缩机、混合室、循环泵、蒸馏水罐、蒸发主体和保温缓垢系统，其特征在于：所述的蒸发主体通过隔板被分割成两个或两个以上的蒸发室；多级蒸发系统中的每级蒸发系统均包括一个蒸发室、该蒸发室内的换热管束、与该蒸发室相连的一个混合室、通过一个循环泵与该混合室底部相通的、在该蒸发室的内上方的喷淋系统、与该混合室底部依次相连的一个浓液泵、一个保温缓垢系统；所有的蒸发室共用一个蒸汽收集室、机械蒸汽压缩机、换热管束和蒸馏水罐；蒸馏水罐中的蒸馏水作为加热介质经蒸馏水泵送入蒸馏水换热器；高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器加热后进入一级蒸发系统的混合室，各级蒸发系统的浓缩液经保温缓垢系统缓垢处理后进入下一级蒸发系统的混合室，最后一级蒸发系统的浓缩液外排；相邻蒸发室之间的隔板高出喷淋系统的喷头8-10cm。
2.根据权利要求1所述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，其特征在于：所述换热管束外表面通过隔板分割在不同蒸发室内，换热管束内部连通。
3.根据权利要求1所述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，其特征在于：它还包括一个不凝气体换热器，不凝气体换热器对蒸馏水换热器出来的、进入一级蒸发系统混合室前的高盐/高有机物废水进行加热；所述的换热管束中的不凝气体作为加热介质通过不凝气体管送入不凝气体换热器。
4.根据权利要求1所述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，其特征在于：它还包括浓液换热器，最后一级蒸发系统的浓缩液经浓液换热器外排；高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器和浓液换热器加热后再混和进入一级蒸发系统的混合室。
5.根据权利要求1所述的单效多室机械压缩蒸发处理高盐/高有机物废水装置，其特征在于：所述的保温缓垢系统由管道混合器和压力滤池组成。
6.高盐/高有机物废水处理方法，其特征是：利用权利要求1所述的处理高盐/高有机物废水装置，该处理方法包括以下步骤：
（1）一级蒸发系统对高盐/高有机物废水进行处理：高盐/高有机物废水经蒸馏水换热器预热后进入该蒸发系统的混合室，再由循环泵输送到喷淋系统喷淋在换热管束表面进行换热蒸发，未蒸发的浓缩液经蒸发室底部回流到混合室，再经浓液泵输送进入保温缓垢系统进行缓垢处理；
（2）其它各级蒸发系统对从上一级蒸发系统出来的浓缩液进行处理：经上一级蒸发系统中的保温缓垢系统进行缓垢处理后的浓缩液作为下一级蒸发系统的进水，再由循环泵输送到喷淋系统喷淋到换热管束表面进行换热，浓缩后的浓缩液经蒸发室底部回流到混合室，再经进入保温缓垢系统进行缓垢处理，最后一级蒸发系统的浓缩液由浓液换热器回收热量后外排；
（3）各蒸发室中产生的二次蒸汽进入蒸汽收集室，再经由机械蒸汽压缩机提高其温度、压力后进入换热管束，同时对各级蒸发系统加热，蒸汽冷凝后得到的蒸馏水送入蒸馏水罐。
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