多级闪蒸和多效蒸发,废水闪蒸处理工艺

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从减排到限排再到零排，废水排放标准逐步攀升。而要想达到“零排放”，重点是要实现高含盐废水的全回收，本质是要实现废水中水和盐类的分离。

目前，浓缩技术、结晶技术，以及2种技术耦合协同后的技术较多地用于实现高盐废水回收零排放。当然，有时根据高盐废水的实际情况，还需要在技术之前增加预处理技术，以便为后续工艺提供更好的处理条件。

浓缩作为高盐废水资源化处理的核心工艺，根据不同的处理对象和适用范围分为热浓缩和膜浓缩。

其中，热浓缩技术适于处理高TDS和COD高达数百克每升的废水，通过加热使高盐废水中的离子高倍浓缩，主要包括多级闪蒸MSF、多效蒸发MED以及机械蒸汽再压缩蒸发MVR。

多级闪蒸（MSF）

多级闪蒸技术起步于上世纪50年代，通过加热至一定温度的高含盐废水依次在一系列压力逐渐降低的容器中实现闪蒸气化，然后再将蒸汽冷凝后得到淡水的过程。

多级闪蒸MSF作为最早得到应用的蒸馏技术，工艺成熟，运行可靠，适用于大型化，但热力学效率相对较低，能耗较高，并且存在设备结垢和腐蚀的现象限制MSF首效蒸汽温度，影响运行成本。

此技术在本文中不做过多叙述，感兴趣的水友可以在留言区交流讨论，咱们重点来聊一聊多效蒸发MED和机械蒸汽再压缩蒸发MVR

多效蒸发（MED）

一、基本原理：

多效蒸发（以下简称MED）的原理是将多个蒸发器串联起来，前一个蒸发器的二次蒸汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽，下一个蒸发器的加热室便是前一个蒸发器的冷凝器。

三效蒸发器工艺流程

在多效蒸发系统中，只需要在第一效处加入新鲜蒸汽，在之后的前面一效蒸发塔顶产生的二次蒸汽，直接用作后续一效蒸发塔再沸器的加热介质，一效之后的蒸发塔就无需再引入新鲜的蒸汽，最后一效塔顶蒸汽可以用作低压力等级热源。

因此，其最大的优点是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝，可以显著减少新鲜蒸汽消耗量。

二、MED蒸发器类型

MED蒸发器类型很多、按照蒸发压力、蒸发器类型、蒸发效数和物料流动方向分类，共四大类十五种：

按蒸汽压力分为：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发；按蒸发器类型分为：管式蒸发、板式蒸发和管板结合蒸发；按效数分为：二效、三效、四效、五效和六效蒸发；按物料流动分为：并流、逆流、混流和平流。

那么，MED蒸发器到底该如何比选？3个原则：

1、逆流和混流效果均优于并流系统。逆流多效蒸发能耗最小，并流多效蒸发能耗最大；混流多效蒸发系统的特性相对并流多效蒸发系统较好。

2、蒸发效数不是越多越好。当效数增多时，热量利用的效率也随之有所降低，考虑到效数增加则设备的投资增大，故实际采用效数应该有一个最佳点。比如对于一些些高沸点物系，只能采用二效或三效蒸发器。

3、考虑物料特性、热量衡算和不凝气截留程度等因素选择蒸发压力。有研究表明，各效的压强除了与蒸发器的物料与热量衡算有关，还与物料的特性以及各效上下不凝气的节流程度的大小有关。

三、MED的优缺点

1、MED的优点主要体现在以下5方面：

预处理简单，化学药剂消耗较少，加入阻垢剂即可。受热时间短，多采用管内冷凝和管外沸腾的双侧向变传热方法，传热面积小，传热系数高。操作弹性大，系统可以提供设计值40%~110%的产品水，而多级闪蒸和反渗透都不具备这么大的操作弹性。处理效果好，处理过程中盐分析出彻底，并且冷却后冷却液的盐分能被去除90%以上，使微生物很难再受盐分的抑制。操作可靠性高，整过程使用全自动化运行，且在运行过程中管内压力大于管外压力，即使出现腐蚀换热管现象，冷却水也不会污染产品水。

2、MED的缺点主要体现在以下3方面：

管内易结垢，10d左右就要清理一次，需要及时除垢处理。效数增加，蒸汽利用率低。当效数增加后，每一效的传热温差损失就增加，如每蒸发1t水所消耗的蒸汽量比率为一效1.1、两效0.57、三效0.4、四效0.3、五效0.27，设备生产能力下降。

四、多效蒸发MED常见的三个技术问题和对策

一般来说，多效蒸发MED常出现装置中起泡、蒸发器的结垢、含盐离子末效蒸汽腐蚀设备等三大问题。

1、针对装置中起泡问题，解决方法——

物理消泡主要有高温和低温消泡法、声波消泡法、液体喷散消泡法以及机械振动法等。虽然物理消泡在处理量特别大的情况下效果明显，但其装置及其运行成本较高；

化学消泡法主要是指使用消泡剂，但使用受消泡剂价格昂贵、生产成本高、生产工艺复杂影响；

机械消泡法主要利用旋转来改变作用在气泡处的压力和剪切力来达到除泡，因其成本低、消泡效果好，目前更受欢迎。

2、针对蒸发器的结垢问题，解决方法——

有研究者有对蒸发器外壁垢样（硫酸钠和碳酸钙）进行酸洗加中性清洗，对末效换热器内壁垢样（碳酸钙）酸洗，挂片分析发现各效挂片平均腐蚀速率都小于1g/m2·h，总腐蚀量都小于10g/m2。

值得一提的是，该方法要优于《工业设备化学清洗质量标准》（HG/T2387-2007）及《腐蚀试样的制备、清洗和评定标准》。

3、针对含盐离子末效蒸汽腐蚀设备的问题，解决方法——

可以用低氯离子含量冷凝水进行低温、定时、定量的置换和补充，并在循环水中加入高效缓蚀剂。

机械蒸汽再压缩蒸发（MVR）

一、基本原理

机械式蒸汽再压缩技术（以下简称MVR）是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。

MVR工艺流程

在该系统中，预热阶段的热源由蒸汽发生器提供，直至物料开始蒸发产生蒸汽。

物料经过加热产生的二次蒸汽，通过压缩机压缩成为高温高压的蒸汽，在此产生的高温高压蒸汽作为加热的热源，蒸发腔内的物料经加热不断蒸发，而经过压缩机的高温高压蒸汽通过不断的换热，冷却变成冷凝水，即处理后的水。

压缩机作为整个系统的热源，实现了电能向热能的转换，避免了整个系统对外界生蒸汽的依赖与摄取。

二、MVR系统设备组成

从MVR蒸发工艺流程不难看出，MVR蒸发系统是由各个设备串联在一起所组成，各设备之间要在热力学和传热学方面巧妙地匹配，以使整个系统达到最佳效果。系统中的主要设备有以下4个：

1、压缩机。MVR压缩机的选型主要有罗茨压缩机和离心压缩机两种。

罗茨鼓风机常被用来压缩小流量的蒸汽，属于是容积型压缩机，其提供风量小，温升大，适用于蒸发量小，沸点升高大的物料。

离心式压缩机为压差式风机，提供的压差小，流量大，温升小，排气均匀，气流无脉冲，适合蒸发量较大，沸点升高较小的物料。

综合来看，离心式压缩机的稳定性要优于罗茨压缩机，但离心式压缩机有时会发生喘振现象，会导致压缩机不稳定。

2、蒸发器。蒸发处理装置的型式一般分为升膜蒸发和降膜蒸发两种。

其主要根据处理物的特性、能耗进行选择。目前，国内主要采用降膜蒸发方式。

3、热交换器。在MVR热泵蒸发工艺过程中，所使用的换热器多为间壁式换热器。

在这类换热器内，冷热流体不直接接触，而是通过间壁进行换热。生产中常用的间壁式换热器类型有：列管式换热器、波纹式换热器和螺旋式换热器。

4、气液分离器。气液分离器是提供物料和二次蒸汽分离的场所。

其作用主要为将雾沫中的溶液聚集成液滴，把液滴与二次蒸汽分离。值得一提的是，分离器的设计要充分考虑蒸发量、蒸发温度、物料粘度、分离器液位等因素。

三、MVR的技术优势

1、对比传统的蒸发系统，MVR 系统只需要在启动时，通入生蒸汽作为热源，而当二次蒸汽产生，系统稳定运行，将不需要外部的热源，系统的能耗就压缩机和各类泵的能耗，所以节能效果相当显著。

2、MVR 蒸发器系统能耗主要是压缩机的电耗，运行费用大幅下降，运维成本低，由于系统不需要工业蒸汽，其安全方面的隐患较低，操作简单。

3、在同样的蒸发处理量下，MVR蒸发器所需的占地面积是远远小于传统多效的蒸发设备。

四、MVR处理高盐废水中常见的技术问题

尽管MVR技术在高盐废水处理中发挥了很好的效果，但是运行中仍有一些技术问题对运行效果有所影响。

1、系统结垢问题

换热器器壁结垢是系统蒸发效率降低的主要原因之一，这主要是由于加热热源是利用二次蒸汽，结垢结焦会使传热效果下降，单位时间内的蒸发量降低,这使得可利用的压缩二次蒸汽量减少，对生产能力影响会更加明显。

由于MVR蒸发器的特殊性，不能按时清洗设备比较常见，这是造成生产能力不稳定的原因之一。

2、温升问题问题

MVR系统中的温升问题是影响其在含盐废水处理应用中的一个重要因素。

当采用MVR技术处理高浓度含盐废水时，由于其浓度高、沸点升较大，相应的蒸汽压缩机需要提高较高的温度来克服沸点升高的影响，对压缩机提出了较高的要求，且系统能耗显著增加。

研究表明，使用MVR蒸发技术，合理的温升范围为8℃～20℃。如果沸点升高超过18℃，MVR技术将失去优势。

3、物料物性对MVR的选择匹配问题

由于工业废水来源不同，需根据不同物料的物性对MVR进行选择。

物料特性分析主要包括：物料所含的成分；物料在蒸发过程中是否伴有结晶析出；物料的黏度、比热、密度和沸点升等。

单一物料可通过查阅相关表格获取参数，但工业高盐废水多为混合型的料液，其相关数据只能通过模拟估算，因此，准确地对物料物性进行分析计算，是确保MVR装置正常运行的关键因素。一般来说，

对沸点温度升高较大的物料，一般采用MVR单效蒸发；高浓度物料需要使用强制循环以防止物料流速太慢而结焦；热敏性物料要求停留在蒸发器内的时间尽量短等。

综上所述，当前蒸发技术使用普遍，但同时也存在着能耗大、运行成本高、易结垢堵塞等问题，所以必须重点考虑高效节能，而多效蒸发MED和机械蒸汽再压缩蒸发MVR是推荐的高效节能技术。

其中，MVR蒸发装置的一次投资比较大，能耗较低，但随着国产蒸汽压缩机不断改进技术和生产工艺，价格也在不断地下降；多效蒸发装置的效数增多，那么多效蒸发装置投资也会增大，但能耗也能在一定程度内降低。

因此，不论是MVR蒸发装置还是多效蒸发装置，都有一定的相对优势，要根据适用性、投资、运行、消耗、人工、占地进行多方位的比选。

高含盐废水处理方法是什么？

化工类高盐废水的成分复杂,
含有大量带有苯环或其它杂环的有机物质，有的色度极高，并且COD高，须要对废水进行处理，不能直接排放。

各种高盐废水处理工艺纯化盐的处理方法都无法达到既除色又能对其进行去除COD，目前达到处理效果与经济成本的优化平衡是高盐废水处理中的一个发展方向。

海普开发的高盐废水处理工艺可满足产生高盐废水企业客户对废水处理的以下需求：

（1）高效、稳定的去除废水中的有色物质，并对其高COD进行有效的去除，纯化盐；

（2）一次投资费用低、运行费用低、设备操作维护方便；

（3）工艺先进可靠、无二次污染。

吸附工艺的原理是利用开发的特种吸附材料对要去除的组分或物质进行选择性吸附，当吸附饱和时，再利用特定的脱附剂对吸附材料进行脱附处理，使吸附材料得以再生，如此不断循环进行。

 工艺处理效果

采用吸附工艺处理高盐废水，可有效脱除废水中的有色物质及有机物。

废水吸附脱色数据表

 

该企业要求处理后废水为无色，蒸盐为白色，实验处理效果表明采用吸附处理，废水中的有色物质及有机物去除率极高，出水为透明无色，实验室蒸盐为白色，很好的达到客户的要求，处理效果见下图。

原水（左）、预处理后水（中）、吸附出

实验室出水蒸盐

该企业要求出水蒸盐为白色，对废水采用吸附处理，实验处理效果表明，废水中的有色物质及有机物去除率在99%以上，出水为透明无色，并且出水蒸盐为白色，完全可以做为固废处理，甚至有的可以作为副产处理，降低生产成本。

工艺的核心优势

对于高盐废水纯化盐的处理方法无论是从处理效果还是其操作成本都有各自的缺陷。

采用特种吸附剂吸附法处理蒽醌废酸水，能将废水中的有色物质高效去除，保证处理后的废水为透明无色，满足企业的要求。

吸附法的优点有以下几点：

（1）高效去除废水中的有色物质，并对其盐进行纯化，使其达到固废标准；

（2）大大降低了企业的废水处理费用，吸附法的处理费用一般为25~35元/吨，远低于焚烧处理的费用；

（3）对企业现场产生的废水采样样品进行实验，以理论及科技为基础，实验为依据来设计吸附工艺，废水和工艺之间的匹配度高；

（4）设备占地节省、结构紧凑，土建和设备投资少；脱附剂多次套用、逐级提浓，药剂利用率高，运行费用低；

（5）可实现模块组件形式，能根据生产能力灵活调节，安装方便；

（6）工艺先进、成熟，无二次污染，有强大的技术积累和丰富的工程应用经验。

高盐废水处理有何良策？

高盐废水是指总含盐质量分数至少1%的废水.其主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等.这种废水含有多种物质(包括盐、油、有机重金属和放射性物质)。含盐废水的产生途径广泛，水量也逐年增加。去除含盐污水中的有机污染物对环境造成的影响至关重要。
高盐废水如何处理，首先我们对其不同情况做一个简单的分析。
1、在盐度小于2g/L条件下，可能通过驯化处理含盐污水。但是驯化盐度浓度必须逐渐提高，分阶段的将系统驯化到要求盐度水平。突然高盐环境会造成驯化的失败和启动的延迟。
2、稀释进水盐度。既然高盐成为微生物的抑制和毒害剂，那么将进水进行稀释，使盐度低于毒域值，生物处理就不会收到抑制。这种方法简单，易于操作和管理；其缺点就是增加处理规模，增加基建投资，增加运行费用，浪费水资源。
3、在盐度大于2g/L时，蒸发浓缩除盐是最经济也是最有效的可行办法。其它的方法如培养含盐菌等的方法都存在工业实践难以运行的问题。
高盐废水如何处理能达到更好的效果，我们需要对其处理的生物流程有一个详细的认识和理解：
(1)调节池。含盐废水调节池考虑的主要因素是废水盐浓度的变化,除生产波动周期、冲击因素外,应重点考虑水中盐浓度的变化和如何进行调整,如低含盐水量的减少或过高含盐来水的冲击。
(2)曝气池。根据废水中含盐类型不同,曝气池选择也应有所不同。生物处理含CaCL2较高的废水,应采用传统曝气方式。钙离子能增加活性污泥的絮体强度,高CaCL2可使污泥中灰分达到40%～50%,污泥密度增加,曝气池中的污泥浓度可在5000mg/L以上。因此,应采用提升力较大的传统曝气、深井曝气、流化床曝气等曝气方法。曝气也应选用气泡较大、提升力较强的散流曝气器等曝气方式。不可采用气泡较小的微孔曝气器和可变孔曝气器,防止曝气孔被无机盐堵塞,不利于曝气池的搅动。在水量小于1000m3条件下也可以采用射流曝气，射流曝气氧的传递效率高，而且不易堵塞曝气设备。曝气强度也应大于普通生物处理,在10m3/(m2?h)左右,或用中心管来增加提升和搅拌能力。高含盐情况下氧的传递速度增加对高污泥浓度有利,只要菌胶团不解体,既使产生丝状菌,污泥也不会上浮流失。含磷营养盐应注意投加位置,以免产生的磷酸钙盐沉淀不仅影响使用效果,而且产生结垢易堵塞管线。
在用SBR工艺处理高盐废水时，由于SBR是瀑气，沉淀一体，所以在设计的时候要充分考虑到沉淀时间，尤其是在处理含高浓度的钠盐的废水，含钠盐的废水沉淀效果差，故沉淀时间应该相应延长，再就是在为了减少滗水器对沉淀的污泥的干扰，滗水的深度也应该相应减小。在处理盐度波动较大的废水的时候，仍然需要设置调节池。有高浓度含盐废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
生物膜工艺是处理高盐度废水的理想工艺，如瀑气生物滤池工艺，接触氧化工艺曝气等，在处理钙盐含量高的废水时，要注意填料或者滤料的选择，在瀑气生物滤池中要设计较大的反冲洗强度和时间。接触氧化池的填料也宜采用空隙率较高的类型，填料的安装要考虑到易于拆卸和冲洗，防止废水处理过程中形成的碳酸钙堵塞填料。含NaCl较高的废水生物处理时,污泥灰分含量低于含CaCL2废水,而含盐废水密度大,在污泥膨胀或曝气池受到冲击污泥解体时,菌胶团比含CaCL2废水容易上浮流失,因此含NaCl较高的废水生物处理最好采用生物膜法。
(3)二沉池。二沉池表面负荷应有一定的余量,主要是考虑废水密度增加,不利于污泥沉淀,尤其是含NaCl废水。处理水量较大时,特别是含CaCL2废水,最好采用周边传动式刮泥机,以适应污泥浓度高、密度大的特点。在采用传统活性污泥法处理高CaCL2废水时,应适当加大污泥回流量,以减少废水波动造成的冲击,提高系统的稳定性。
(4)污泥脱水。由于含CaCL2废水生物处理的剩余污泥含钙盐多,有利于脱水,可不用加絮凝剂。经浓缩后的污泥浓度可大于50g/L。剩余污泥量与普通废水处理的剩余污泥类似,设计参数可参考普通污泥脱水。
在处理钙离子浓度高的废水时，由于活性污泥中的无机成分高，有机物去除能力较低，较低的负荷情况下运行，污染物的去除率要高于高负荷条件下，但是延时曝气又不太适合处理高盐废水，因为污泥龄长，水力停留时间长，活性污泥容易老化，絮凝性能变差，最终影响出水效果。
针对高盐废水如何处理的问题，我们详细介绍一种处理方法：
蒸馏脱盐
蒸馏法是一种最古老、最常用的脱盐方法。目前工业废 水的蒸馏法脱盐技术基本上均是从海水脱盐淡化技术基础上 发展而成。蒸馏法就是把含盐水加热使之沸腾蒸发,再把蒸 汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早采用的淡化法，其优点 是结构简单、操作容易、所得淡水水质好等。蒸馏法有很多 种，如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。
（1）多效蒸发（MED）
多效蒸发是让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸 发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源， 并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方 法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅 速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为 提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高 操作温度，提高传热效率等。
（2）多级闪蒸（MSF）
以海水淡化为例，将原料海水加热到一定温度后引入 闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对 应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过 热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所 产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。多级闪蒸就是以此原理 为基础，使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室， 逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直到其温度接近（但 高于）天然海水温度。
多级闪蒸是海水淡化工业中较成熟的技术之一，是 针对多效蒸发结垢较严重的缺点而发展起来的。MSF一 经问世就得到应用和发展，具有设备简单可靠、运行安全 性高、防垢性能好、操作弹性大以及可利用低位热能和废 热等优点，适合于大型和超大型淡化装置，并主要在海湾 国家使用。
（3）蒸汽压缩冷凝（VC）
蒸汽压缩冷凝脱盐技术是将盐水预热后，进入蒸发器 并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引 出，如此实现热能的循环利用。当其作为循环冷却水脱盐回 收工艺时，可使冷却水中的有害成份得到浓缩排放，并使 95%以上的排污水以冷凝液的形式得到回收，作为循环水和 锅炉补充水返回系统。这种工艺对设备材质的要求极高，运 行中需消耗大量的热量，存在一次性投入和运行费用极高的 缺点，只可能在特别缺水的地区发电厂中采用。
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