王 磊

(忻州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山西 忻州 034000)

1 晶種法蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)概述

晶種法蒸發(fā)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中以石膏作為晶種，在廢水處理中要求廢水中必須要有一定含量的硫酸根和鈣離子。如果以上兩個(gè)離子的含量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)或者達(dá)不到要求，則在對(duì)廢水進(jìn)行處理時(shí)必須要添加一定量的硫酸鈣。在具體的應(yīng)用中，廢水開(kāi)始蒸發(fā)時(shí)，濃縮鹽在高溫環(huán)境下會(huì)逐漸成為超飽和鹽水薄膜，并不斷出現(xiàn)鈣、鎂、磷酸鈣、硫酸鈣、硅等離子的沉淀物，這些沉淀物附著在“種子”上，不會(huì)附著在換熱器管束的表面，可以將這種現(xiàn)象稱之為“選擇性結(jié)晶”，其能夠保證過(guò)程的順利進(jìn)行[1]。沉淀物在結(jié)晶鹽上越來(lái)越多形成了新類型的鹽，因此在整個(gè)操縱的過(guò)程中不需要額外添加鹽種。在采用晶種法來(lái)進(jìn)行操作時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)硫酸根和鈣離子的濃度進(jìn)行相應(yīng)的控制，在必要的情況下需要通過(guò)添加額外的藥劑來(lái)提高濃度。

石膏晶種法的也能夠在很大程度上緩解和降低加熱管結(jié)垢的情況，這樣對(duì)于提升蒸發(fā)器的運(yùn)行壽命具有十分重要的意義。蒸發(fā)器在運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)于各種條件具有較高的要求，如果無(wú)法達(dá)到這些要求則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)加熱管結(jié)垢的情況，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器可能會(huì)出現(xiàn)異常狀況。在蒸發(fā)系統(tǒng)中，如果對(duì)運(yùn)行條件和運(yùn)行環(huán)境控制不合理，就可能因?yàn)楦鞣N離子的存在導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)垢的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)換熱系數(shù)下降，同時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

2 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)概述及優(yōu)勢(shì)

在蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中如果能夠通過(guò)預(yù)處理的方式降低含水的硬度和堿度，對(duì)環(huán)境和條件進(jìn)行合理的防止出現(xiàn)結(jié)垢情況，同時(shí)對(duì)pH值進(jìn)行合理控制，則能確保在蒸發(fā)系統(tǒng)中的運(yùn)行過(guò)程中在不添加任何鹽種的前提條件下實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)行，如果滿足以下的各種條件則將蒸發(fā)技術(shù)稱為非晶種法蒸發(fā)技術(shù)[2]。

這種技術(shù)的運(yùn)用能夠在很大程度上提高蒸發(fā)系統(tǒng)的效率，其穩(wěn)定性較強(qiáng)，操作方便，已經(jīng)成為目前蒸發(fā)系統(tǒng)中的主流技術(shù)之一。在實(shí)際的操作過(guò)程中不需要頻繁地對(duì)濃度進(jìn)行控制，進(jìn)水指標(biāo)的波動(dòng)也不會(huì)對(duì)整個(gè)操作產(chǎn)生影響。非晶種蒸發(fā)方法在運(yùn)用的過(guò)程中循環(huán)液密度相對(duì)較小，因此就不需要額外加入晶種，這種方法的能耗也相對(duì)較低。采用非晶種蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：操作簡(jiǎn)單、能耗低、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、清洗難度小、工程消耗量小等優(yōu)點(diǎn)。

3 某煤化工項(xiàng)目中非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用

某煤炭化工項(xiàng)目主要以煤為原料生產(chǎn)180萬(wàn)t/a甲醇，項(xiàng)目在運(yùn)行中采用SHMTO技術(shù)，通過(guò)一系列的工藝得出最終的聚乙烯和聚丙烯等相關(guān)的產(chǎn)品。該項(xiàng)目位于山西省忻州市，該地區(qū)最為主要的特點(diǎn)是水資源缺乏，為了解決水資源的問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)零排放。該項(xiàng)目在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生含量較為復(fù)雜的廢水，對(duì)這些廢水的處理成為實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵所在。在廢水處理中需要針對(duì)不同的水質(zhì)采用不同的方法進(jìn)行處理，盡可能地實(shí)現(xiàn)污水的重復(fù)利用，達(dá)到節(jié)約用水的目的。在廢水處理的過(guò)程中需要通過(guò)污水生化處理、含鹽廢水膜處理、高效膜濃縮及濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理。在進(jìn)行污水處理的過(guò)程中采用高效膜濃縮采用高效反滲透(HEROTM)工藝進(jìn)行處理，具體來(lái)講在實(shí)際的運(yùn)行和操作中根據(jù)前端進(jìn)水的特點(diǎn)和情況，在后端的處理中采用非晶種法的運(yùn)行模式，在提高對(duì)污水處理效果的同時(shí)降低污水處理成本。

4 項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水和產(chǎn)水情況

根據(jù)處理的要求，結(jié)合實(shí)際情況將蒸發(fā)結(jié)晶裝置設(shè)計(jì)處理量確定為70 m3/h，廢水鹽濃度為6 000 mg/L左右。

在處理工藝進(jìn)水段，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體情況為：CODCr=1 000 mg/L，ρ(TOC)=600 mg/L，ρ(NH3-N)=50 mg/L，ρ(TDS)=49 854 mg/L，電導(dǎo)率(25 ℃)為103 377 μS/cm，總硬度(以CaCO3計(jì))<5 mg/L，總堿度(以CaCO3計(jì))<85 mg/L，ρ(硅)(以SiO2計(jì))<400 mg/L。

蒸發(fā)系統(tǒng)根據(jù)廢水處理的標(biāo)準(zhǔn)和廢水處理的要求，將系統(tǒng)水回收率確定為90%以上，具體來(lái)講通過(guò)處理之后的水質(zhì)需要達(dá)到表1中各項(xiàng)指標(biāo)的要求，處理之后的水質(zhì)可以作為城市綠化用水和循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。

表1 設(shè)計(jì)產(chǎn)水水質(zhì)

5 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目處理的要求，設(shè)計(jì)出如圖1所示的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。從圖1中可以看出該系統(tǒng)中主要包括蒸發(fā)系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)、處理系統(tǒng)等不同系統(tǒng)所組成。高效反滲透濃水作為物料進(jìn)入到蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)之后，將其存儲(chǔ)在蒸發(fā)器給水罐中，然后預(yù)熱器和系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸餾水換熱會(huì)將其溫度提升，在經(jīng)過(guò)處理之后溫度會(huì)提升到90 ℃。在溫度提升之后進(jìn)入到脫氣器，然后采用一定的方式通過(guò)處理之后去除二氧化碳、氧氣和不凝氣等物質(zhì)，其主要目的在于防止設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。然后在經(jīng)過(guò)處理之后的廢水進(jìn)入到蒸發(fā)器的本體內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)處理，在經(jīng)過(guò)蒸發(fā)處理之后需要對(duì)其進(jìn)行降溫處理，在降溫處理之后添加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至堿性，這樣就能夠?qū)⑺械陌钡x子進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為氨氣排放，然后水體進(jìn)入到活性炭過(guò)濾器，將水中含有的各種有機(jī)物去除。在進(jìn)行活性炭過(guò)濾之前需要將水體得到pH值調(diào)節(jié)到中性。經(jīng)過(guò)活性炭處理之后的水體進(jìn)入到除氨單元進(jìn)行處理，在處理中通過(guò)離子交換等方式去除水體中殘留的氨，將得到的處理水作為回收水進(jìn)行再次利用。

通過(guò)控制氫氧化鈉的含量，將蒸發(fā)器本體的pH控制在11左右，同時(shí)為了消除泡沫需要根據(jù)實(shí)際情況加入一定量的泡沫劑。在實(shí)際的操作中需要維持合適的濃度，因此這就需要定期排放濃鹽液至結(jié)晶器給料箱。

強(qiáng)制循環(huán)換熱器的熱源蒸汽換熱后變?yōu)槔淠海缓笮枰獙?duì)其進(jìn)行回收處理。在消除泡沫之后，將其濃度控制在合理的范圍之內(nèi)之后開(kāi)始進(jìn)行行離心脫水，通過(guò)脫水處理之后得出固體的雜鹽，分離水回到結(jié)晶器給料箱進(jìn)行循環(huán)處理。

圖1 蒸發(fā)結(jié)晶裝置工藝流程

在蒸發(fā)結(jié)晶處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的蒸餾水，再對(duì)其進(jìn)行換熱降溫之后進(jìn)行后續(xù)的處理和操作。通過(guò)加入氫氧化鈉來(lái)將蒸餾水的pH值控制在11。采用空氣吹脫的方式將游離氨吹脫出來(lái)，同時(shí)在這一過(guò)程中也能夠?qū)⒋蟛糠值膿]發(fā)性物有機(jī)物質(zhì)脫離開(kāi)來(lái)。采用泵將吹脫后的蒸餾水泵入活性炭過(guò)濾單元和離子交換樹(shù)脂除氨單元。通過(guò)以上一系列的操作能夠降低和減少活性炭過(guò)濾單元的負(fù)荷，進(jìn)一步提升活性炭過(guò)濾的效果和作用，從而能夠從很大程度上延長(zhǎng)了再生周期。通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)得出的蒸餾水就能夠達(dá)到相應(yīng)的處理要求和處理標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)離子交換除氨單元進(jìn)行處理之后得出的廢水中存在大量的銨離子，這就需要采用較低的電耗和藥耗將其去除。通過(guò)以上這些方法的操作能提升對(duì)廢水和污水的處理效果。

6 裝置實(shí)際運(yùn)行情況

6.1 各工藝單元處理效果

從2016年8月份開(kāi)始，該裝置在投入運(yùn)行之后，在實(shí)際的處理和操作過(guò)程中一直都處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。通過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)得出各個(gè)指標(biāo)均達(dá)到了要求。裝置運(yùn)行的工藝參數(shù)具體其概況如表2所示。而在裝置運(yùn)行中的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分別如表2和表3所示。

6.2 裝置運(yùn)行情況總結(jié)

裝置在投入運(yùn)行之后，通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行和觀察可以得出整個(gè)裝置系統(tǒng)的運(yùn)行相對(duì)較為穩(wěn)定。具體來(lái)講裝置的運(yùn)行情況總結(jié)包括以下幾個(gè)方面。

表2 裝置運(yùn)行工藝控制參數(shù)

表3 產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)

1) 裝置回收率較高，得到的水質(zhì)較高。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察和統(tǒng)計(jì)得出，該裝置實(shí)際處理量和實(shí)際水產(chǎn)量分別為65 m3/h和60 m3/h，裝置在運(yùn)行中得到的水回收率為90%以上，同時(shí)整個(gè)水質(zhì)較為穩(wěn)定，完全能夠達(dá)到既定的目標(biāo)和要求。

2) 系統(tǒng)在運(yùn)行期間基本不會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢和污堵的問(wèn)題，系統(tǒng)的運(yùn)行較為穩(wěn)定。在處理過(guò)程中采用非晶種法蒸發(fā)能夠提升處理效率，同時(shí)方便操作。在對(duì)裝進(jìn)行拆檢的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)部存在一定量的懸浮沉淀物，在對(duì)這些沉淀物進(jìn)行處理時(shí)只需要通過(guò)清水清洗即可。

3) 藥劑投加量少。采用非晶種法在運(yùn)行時(shí)只需要添加少量的藥劑就能夠?qū)崿F(xiàn)處理目的，能夠在很大程度上降低整個(gè)運(yùn)行的成本[3]。自從裝置投入運(yùn)行之后，已經(jīng)完成了對(duì)50萬(wàn)t工業(yè)廢水的處理，通過(guò)對(duì)廢水的處理總共得到46萬(wàn)t的優(yōu)質(zhì)再生水?？梢詫⒌玫降膬?yōu)質(zhì)再生水補(bǔ)充道循環(huán)系統(tǒng)中，大大降低了涌水量和排污量。通過(guò)該系統(tǒng)的運(yùn)行能夠節(jié)省95%左右的檢修費(fèi)用。

7 結(jié)語(yǔ)

1) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運(yùn)用具有多方面的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、投資較低、能耗低等多方面的優(yōu)點(diǎn)。

2) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運(yùn)用在解決當(dāng)前問(wèn)題的同時(shí)能夠?yàn)楹罄m(xù)處理創(chuàng)造各種有利的條件，是目前使用最為廣泛的一種方法和技術(shù)。

3) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運(yùn)用也存在一定的限制性條件，并不是在任何的情況下都能夠采用這一方法進(jìn)行處理。例如如果需要處理的水體中強(qiáng)度和堿度過(guò)高就無(wú)法采用這種方法進(jìn)行處理。在這種情況下需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理才能夠采用這一方法和技術(shù)。