高含盐工业废水蒸发结晶工艺

高含盐废水是指含溶解固体TDS（Total Dissolved Solid）和有机物的质量分数大于等于3.5％的废水，包括高盐生活废水和高盐工业废水。主要来源于直接利用海水的工业生产、生活污水和食品加工厂、制药厂、化工厂及石油和天然气的采集加工等。这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如Cr、SO₄^2- .Na⁺、Ca²⁺等离子。这些高盐、高有机物废水，若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大危害。该类浓废水的共同特点是：不能简单地用生化处理，且物化处理过程较复杂，处理费用较高，是污水处理行业*的高难度处理废水。

关于高含盐废水的处理技术，国内外已经研究了几十年，目前通常采用的主要方法包括：生物法，SBR工艺法和蒸发脱盐法等。蒸发是现代化工单元操作之一，即用加热的方法使溶液中的部分溶剂汽化并去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析出创造条件。蒸发脱盐法是利用浓缩结晶系统将废液中的无机盐通过蒸发的方式加以去除的方法。

现代常用蒸发器介绍

2.1升膜蒸发器

把预热到饱和温度的料液送入到加热室的底部，料液沿加热管上升时，其温度因加热而上升。到管长约为一半处开始汽化，汽化后的蒸汽集中在加热管的芯部，以较高的上升汽速，携带溶液沿管壁呈膜状上升，故叫升膜蒸发器。膜状流中液体湍动激烈，传热速率很高。但这种被高速汽芯带动的升膜流动必须在较强的沸腾条件下才能进行，所以要求有较大的传热温差。这种蒸发器要求控制较严，加料量，预热温度及加热蒸汽压的波动都将影响成膜的稳定。

2.2 降膜蒸发器

降膜蒸发器，料液从顶部加入到分布器，把料液均匀的分配到每根加热管中，并使其呈膜状沿管内壁向下流动，液膜受到从管壁传入的热量而蒸发汽化。当传热温差不大时，汽化是在强烈扰动着的膜的内表面发生的，而不是在加热管与液膜的界面发生。因此不易结垢，产生的蒸汽与液膜并流向下。由于汽化表面很大，蒸汽的雾沫夹带量很小。由于料液在管内壁成膜状流动，不充满管子的整个界面，所以通过的料液量可以很少。为保证均布，液膜在流动时不集结而形成缺液表面，还有一个zui小的湿润流率。

2.3 强制循环蒸发器

在自然循环蒸发器中，液体通过加热元件的循环流速，随热负荷增大而增加，当传热温差太小时，传热负荷减小，循环流速下降，而且还不稳定。用泵输送液体，迫使液体以较高流速流过加热元件，使流动与传热、汽液分离等功能分开。所以强制循环蒸发器的适应性较强。但强制循环系统的造价较贵，并增加运转与维护的费用，所以要在全面权衡利弊之后，经过经济衡算，才能做出抉择。

液体在加热管内的循环流速通常在1.2-3.0m/s范围之内（当悬浮液中晶粒多，所用管材硬度低，液体粘度较大时，选用低值），过高的流速将耗费过多的能量，且增加系统的磨损。

加热元件可以是立式单程加热或立式双程加热，也可以是卧式双程加热。后者的设备总高较小，但管子不易清洗，且容易被晶粒磨损。为抑制加热区的汽化，可采用立式长管蒸发器的办法，在加热之上保持一定液面高度，或采用出口节流的办法。

2.4刮膜（板）蒸发器

对于高含盐工业废水的蒸发，由于溶剂汽化形成饱和溶液，会有结晶析出，依据不同物料溶解度随温度的变化分为蒸发结晶和降温结晶两种类型。结晶沉积在加热表面，阻碍传热，一般要采用管外沸腾型蒸发器，如强制循环式、长管带专设沸腾区的和多级闪蒸等形式。一方面在加热区拟制沸腾的发生，另一方面加大循环流速以冲刷已沉积的盐垢。一般认为升膜不能用于饱和溶液的蒸发，降膜在蒸发量大时也可以用于有一定晶体析出的溶液。在高含盐工业废水处理过程中，通常将蒸发和结晶工艺联合起来，使得其中的盐分析出以产品形式从系统内分离出来，而剩余溶液将可以达到排放标准。

3常用结晶设备介绍

结晶器的种类繁多，有许多形式的结晶器于某一种结晶方法，但更有许多重要形式的结晶器，如DTB、DP、Oslo型等等又通用于各种不同的结晶方法。

3.1 Oslo型结晶器

由悬浮器、冷却器、循环泵组成。冷却器一般为单程列管式冷却器。热浓的料液在循环泵前加入，与循环母液混合后一起经过冷却器冷却而产生过饱和度，操作要点在于要使这个过饱和度在介稳区内以避免自发成核。产品悬浮液由结晶器底部引出。

适用于氯化铵、醋酸钠、*、硝酸钾、*、硫酸铜、*、硫酸镍等物料的结晶操作。

3.2 DTB型结晶器

DTB型结晶器能生产较大的颗粒，生产强度较高，器内不易结疤。它已成为连续结晶器的主要形式之一，可用于真空冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法的结晶操作。

它的中部有一导流筒，在四周有一圆筒形挡板。在导流筒内接近下端处有螺旋桨（也可以看作内循环轴流泵），以较低的转速旋转。悬浮液在螺旋桨的推动下，在筒内上升至液体表层，然后转向下方，沿导流筒与挡板之间的环形通道流至器底，又被吸入导流筒的下端，如此循环不已，形成接近良好混合的条件。圆筒形挡板将结晶器分割为晶体生长区和澄清区。挡板与器壁间的环隙为澄清区，其中搅拌的影响实际上已消失，使晶体得以从母液中沉降分离，只有过量的微晶可随母液在澄清区的顶部排出器外，从而实现对微晶量的控制。结晶器的上部为汽液分离空间用于防止雾沫夹带。热的浓物料加至导流筒的下方，晶浆由结晶器的底部排出。

3.3   DP结晶器

DP结晶器是新型的结晶器，它是与DTB型结晶器在构造上很相近，DTP型结晶器只在导流筒内安装螺旋桨，向上推送循环液，而DP型则在导流筒外侧的环隙中也设置了一组螺旋桨叶，它们的安装方位与导流筒内的叶片相反，可向下推送环隙中的循环液。这种结晶器可在很大程度上降低二次成核速率，由于过量的晶核生产速率大为减少，使晶体产品的平均粒度增大，换句话说，在规定的产品粒度条件下，晶体在器内的平均停留时间可以减少，从而达到提高生产能力的效果。

这种结晶器还具有循环阻力低、流动均匀的特点，并能很容易使密度较大的固体粒子悬浮。它的缺点是大螺旋桨的制造比较困难。

DP型结晶器和DTB型一样，也可使用各种不同的结晶方法。

4 高含盐工业废水处理中存在的困难

近年来随着国家节能降耗与环保政策日趋严格，原来直接排放或稀释排放的含盐废水（废料）因为没有好的的处理方法，也希望通过多效蒸发技术将盐与废水分离，满足环保要求。与传统的多效蒸发技术相比，含盐废水（废料）多效蒸发技术的设计与应用面临着诸多问题。

      通过实际运行发现，尽管三效蒸发器可以有效处理高含盐废水，但是还存在一些问题需要进一步克服，主要表现在：

1. 废水处理成本高

由于被处理的废水多有腐蚀性，所以设备的选材需要考虑抗腐蚀性，成本较高。高含盐废水（废料）大都是合成过程中产生的综合废水废料，是多种盐类、有机物、低聚物与水的混合体，其中的盐主要是生成产物或酸盐平衡的结果，很多情况下这些废水（废料）中还含有氯、溴、碘等催化剂或催剂残留物

（2）研究对象物性数据缺失问题

目前绝大多数采用多效蒸发处理的含盐废水（废料）由于产物组成复杂（既有多种类无机盐，又有有机物，同时还有少量低聚物等），基本上每一个对象的组成都不一样，没有现成的物性数据，设计多效蒸发工艺流程与操作工况时，往往按废水（废料）中zui大浓度的盐类物性数据为依据。这样的工艺流程由于数据的偏差，不仅增加生蒸汽消耗，而且很多情况下只能得到气相与固液混合物两种蒸发产物，这与采用多效蒸发单元操作的初衷*背离。

5 应对措施及特色优势

虽然多效蒸发技术是一种简单的单元操作过程，但由于其能耗高、应用范围广，特别是随着含盐废水（废料）日益采用多效蒸发技术，产生的问题也越来越多。针对这些问题，我们必须明确不是所有含盐废水（废料）都适合于多效蒸发技术。其次，采用多效蒸发技术必须考虑到成本因素，而这些成本不仅包括设备费用和蒸汽费用，还同时包括设备腐蚀费用，操作不当产生的废液与固体废弃物处理费用等。zui后，说明针对每一个具体的含盐废水（废料）,如果采用多效蒸发技术，必须有针对性地设计工艺路线和设备，不能照搬成熟工艺。下面具体谈谈如何确定多效蒸发的工艺路线。

5.1 通过小试研究含盐废水特性

     针对一个具体的含盐废水（废料），如果想采用多效蒸发工艺处理，首先应该在实验室小试装置中研究该物料是否适合采用多效蒸发工艺。一个基本原则就是多效蒸发工艺zui终的产品应该是水蒸汽（含挥发性有机物），液相产物（不挥发性有机物）和固相产物（结晶盐）其中的结晶盐类可以作为产品使用。如果不能析出结晶盐，采用多效蒸发的意义就不大。如果确认该含盐含盐废水（废料）可以采用多效蒸发工艺，就在同一装置上研究在一定压力、温度、浓度下浓度-压力-沸点相关联的数据，得到相应的数据，由浓度-压力-沸点相关联的数据可以通过控制系统压力，从而控制混合物的沸点来分离混合物，以便达到的分离与节能效果。其目的主要是研究含盐废水（废料）蒸发的可行性与测定溶解度数据。

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