高盐废水循环列管大气蒸发减量处理方法与设备与流程

本发明涉及工业污废水处理、环境保护技术领域，特别涉及高盐废水减量处技术与设备。

背景技术：

高盐废水指来源于生活污水和工业废水的总含盐量大于1％的排放废水，含有较高的如Cl^-，SO₄^2-，Na⁺，Ca²⁺等无机离子，也含有一些有机物如甘油、中低碳链化合物等。主要来源于直接利用海水的工业生产、生活用水和食品加工厂、化工厂及石油和天然气的采集加工等。这些高盐废水，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的危害。但由于其成分复杂多样，盐分高，因此该废水处理技术难度远比普通污水处理要大得多。

目前研究和常用的高盐废水方法有电渗析法、膜分离法、蒸发法和生物法等。电渗析法在工业生产中应用很多，但是电渗析法对原水要求很高，一般来说油含量要低于2mg/L，对盐含量须限定在一定在浓度以下，否则生产成本迅速升高；膜分离法是一项先进的处理技术，在高盐废水处理技术中有一定潜力，目前的主要问题是设备昂贵，处理过程易堵、易污染，且高浓度含盐废液处理难；生物法处理设施庞大、处理工艺复杂、运行成本增加，是不容忽视的弊端；蒸发法如负压蒸发、机械加压蒸发，在进行处理时也有着能耗较大，投资较高等问题。

我国高盐废水产生数量在总废水中达5％，每年仍以2％的速率增长。因此，高盐废水处理在污水处理中有重要地位，是废水处理研究的重点，也是难点。随着国内日益严峻的环境问题及国家对环境控制的要求，对高盐废水进行高效、低成本处理成为工业发展的迫切需求。本方法旨在针对高盐废水本身具有成分复杂、多变性和分散性的特点，从经济和技术上可行来开发一种实用、有效和低成本的高盐废水大气蒸发技术及装置，实现废液的大幅减量化。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有高盐废水处理量大的问题，提供一种处理效果好、操作简便、便于移动、处理成本低、适用性广的高盐废水蒸发减量处理方法与设备，重点是实现废水减量化，以解决高盐废水处理的难题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种处理成本低的高盐废水蒸发减量处理方法，采用化学混凝、物理过滤与循环列管大气蒸发组合技术，具体步骤包括：

1、将高盐废水与碳酸钠(Na₂CO₃)和铝系聚合氯化铝(PAC)和氢氧化钠(NaOH)混合均匀后进入加药混凝罐进行混凝预处理，去除废水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子、浊度、悬浮物等成分、油类等杂质；

2、对混凝后的悬浊液用物理过滤(如采用变隙式过滤器)去除沉淀(悬浮)物质，废水进入调节水箱；

3、经预处理后的高盐废水送至循环列管大气蒸发器进行蒸发浓缩，处理过程为：废水先经循环水泵泵入蒸发器内的喷淋系统，通过布水器向塔内均匀地喷入充分雾化的废水，雾化废水在重力作用下下流流经通入高温蒸气的加热循环列管，加热循环列管间充填有蜂窝状填料，形成一层薄膜状水流，增加换热面积和换热时间，干燥的高晗值的空气在大功率风机的作用下由底部进入塔内，并控制蒸发器出口风速在12-20m/s，废水流经填料表面时形成的水膜和高速流程的空气进行热交换迅速汽化成水蒸气进入气相，实现废水的蒸发浓缩，空气提供废水蒸发所需的一部分热量，另一部分热量有循环列管加热提供，之后高湿度低晗值的空气从塔顶部抽出；其余的废水回落到蒸发器底部的循环集水箱，再由循环水泵送入喷淋系统循环使用；空气中夹带的水滴被塔内的脱水器阻挡，回落入加热循环列管中经再加热蒸发。

4、蒸发浓缩后的废液经循环列管蒸发器底部的循环集水箱底部管道排出，进行后处理。

本发明同时提供一套实现上述方法的高盐废水循环列管大气蒸发减量处理设备，其包括依次由管道连通的污水提升泵、混凝灌、变隙式过滤器、调节水箱、循环列管大气蒸发器、循环水泵、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱，在管道上设置相应阀门和抽水泵，在蒸发器底部设自动补水阀和排水管。同时分别采用PAC加药机、碳酸钠(Na₂CO₃)加药机和氢氧化钠(NaOH)与安装在管路上的静态混合器相连，通过静态混合器向混凝灌加药。

设备采用了特殊结构的循环列管大气蒸发器，其为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵。

风机为轴流式大功率风机，设在蒸发器顶部出口处，风机型号及功率由所需蒸发风量确定，但风机的功率必须保证蒸发器出口风速达到12-20m/s。

布水器设在蒸发器上部，由呈树枝状布置的配水干管和支管及喷嘴组成，喷嘴采用大流量雾化喷嘴，补水管直径和喷嘴规格根据设计水量选用，喷嘴数量及布置方式由布水流量和单个喷嘴喷水流量确定。

收水器安装在布水器与风机之间，为耐腐蚀材质，制作为波浪形。

循环列管加热器安装在蒸发器中部的填料区中，采用带翅片防腐且耐高温、高压不锈钢或紫铜管制作，采用外形为圆盘形或“U”型盘管结构，确保大流量的流体强压循环，循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到。

填料区的填料采用耐高温的防腐材料制成，蜂窝状结构，其充填于循环列管加热器盘管间，包围住循环列管加热器。

蒸发器下部设置进风口，底部设循环集水箱。

上述结构外部采用防腐材料封装，形成循环列管大气蒸发器机组外壳。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1、本发明方法采用化学混凝-物理过滤组合技术作为循环列管大气蒸发浓缩前处理步骤。混凝预处理后出水直接经变隙式过滤器过滤后送入调节水箱，备蒸发浓缩用。此工艺流程简单，成本低，效率高。通过化学混凝和深度过滤处理能有效去除废水中的绝大多数悬浮固体和胶体，实现固液分离，能够有效提高废水的蒸发效率，减轻蒸发器结垢。

2、本发明特别采用了含循环列管蒸发器的大气蒸发器作为蒸发浓缩设备，对物化处理后废水进行低温蒸发浓缩，大幅度减少废水外运量，能有效降低处理成本。本发明的大气蒸发器与现有技术常使用的蒸发器或冷却塔在结构上不同，在原理上也有本质区别。通常的蒸发器或冷却塔是通过低晗值的空气进入塔内，与温度较高的处理水流进行热交换后，高晗值的热风从顶部抽出，达到降温处理水水温的目的；而本发明的循环列管大气蒸发器是通过干燥的较高焓值的空气在大功率轴流风机作用下进入塔内，气体在塔内将热量传递给废水，提供废水蒸发所需的部分热量，之后低焓值高湿度的空气在被风机抽出，以此提高循环废水的蒸发量，达到浓缩的目的。本大气蒸发器具有几个明显的结构创新，具体分析如下：

(1)本蒸发器必须要采用大功率风机，即要保证蒸发器出口风速达到12-20m/s，这是因为本蒸发器要达到的目的是：废水蒸发所需要的能量不是全部由加热列管提供，而是设计加热列管仅提供一部分蒸发所需热量，另一部分由大功率风机抽入的大量焓值较高的空气提供。即在大气蒸发器中，废液蒸发的所需的热量一部分由空气传热提供，一部分由循环列管加热提供。由于液体蒸发速度与液体表面空气流速有关，水膜液面空气的流动速度越大，越有利于加快蒸发速率，因此通过大功率风机，利用其风速高、气体通量大的优势，加强空气流通，提高水面空气的流动速度，使逸出的水蒸气分子迅速扩散，维持蒸发扩散动力为常数，不使其降低，可提高蒸发器内气体流量与气体流速，从而提高蒸发效率，这样能节省加热能耗，总能耗较全由加热列管加热提供废水蒸发所需热量的能耗大幅降低，这实质是本蒸发器原理上的创新。

(2)为了提高大功率风机抽入的空气的焓值，蒸发器的进风先会经过蒸发器一侧设置的进风筒，进风筒内设置有空气干烧管，对进入蒸发器内的空气进行加热，进一步提高空气的焓值且使进风保持干燥，从而有利于蒸发器内部的蒸发效率提高。

(3)本蒸发器的循环列管布置在填料区中，而不是分开布置，当废水淋入填料区时会获得一个较长的滞留时间，这个时间能同时被循环加热列管利用，加长对废水的加热时间，同时填料区表面积大，废水形成水膜后传热面积增大，能提高加热效率。

(4)本蒸发器对通过循环水泵提升循环喷淋的废水，不先进行额外加热来提高蒸发效率，是因为如果废水先被加热，废水温度会比空气温度高很多，水的热量会传递给温度较低的空气，造成热量损失，而废水蒸发过程是一个吸热过程，这种情况出现会不利于废水的蒸发，本蒸发器的废水循环是采用循环泵自然循环，同时将蒸汽加热列管放入填料区中，不会造成空气与废水之间的温差，从而减少不必要的热损失。另外，大气蒸发器设置有带有空气干烧管的进风筒，能对进入蒸发器的空气先一步进行加热，提高进入蒸发器空气的焓值，进入的空气将热量传递给废水会更有利于废水蒸发吸热。

(5)本大气蒸发器内采用了蜂窝状结构且耐高温防腐材料的填料，使用寿命长，蜂窝状结构填料比表面积大，一方面能有效增加废水与空气间的接触面积，使水分子逸出机会增多，另一方面，增大了换热面积，加快了蒸发速度。

3、本发明运行效率高，洁净的水分直接挥发到大气中，处理过程无二次污染物产生。

4、本发明系统结构紧凑，采用撬装式平台，拆卸组装方便，实现流动作业，作业效率较高。

5、本发明运行维护成本低，设备简单，流程短，维护方便，使用寿命长，整套工艺流程可以实现自动化控制，大大减少人员配置。

本发明处理技术是一种采用化学混凝-物理过滤-高效蒸发浓缩技术来处理高盐废水的物理化学组合处理方法及设备，采用本发明的方法及设备可以在经济和技术上有效解决高盐废水处理的难题。

附图说明

图1是本发明高盐废水循环列管大气蒸发减量处理设备的示意图。

图2是本发明一种具体结构的循环列管大气蒸发器的结构示意图。

图3是本发明另一种具体结构的循环列管大气蒸发器的结构示意图。

图中，1—污水泵；2—静态混合器；3—混凝灌；4—变隙式过滤器；5—PAC加药机；6—碳酸钠加药机；7—氢氧化钠加药机；8—调节水箱；9—循环列管大气蒸发器、10—蒸汽锅炉；11—软化水箱；12—水软化设备；901—轴流风机；902—外壳；903—收水器；904—布水器；905—喷嘴；906—循环列管换热器；907—填料；908—进风格栅；909—流量计；910—循环水泵；911—循环给水箱；912—自动补水器；913—排水口；914—底座；915—压力表；916—观察窗；917—进风筒支架；918—进风筒；919—空气干烧管。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明：

参见图1,高盐废水循环列管大气蒸发减量处理设备包括依次由管道连通的污水泵1、混凝灌3、变隙式过滤器4、调节水箱8、循环列管大气蒸发器9、蒸汽锅炉10、水软化设备12和软化水箱11。设备分别采用PAC加药机5、碳酸钠(Na₂CO₃)加药机6和氢氧化钠(NaOH)加药机7与安装在管路上的静态混合器2相连，通过静态混合器2向混凝灌3加药。设备在管道上设置相应阀门和抽水泵，在蒸循环列管大气蒸发器9发塔底部设自动补水阀和排水管。

参见图2，循环列管大气蒸发器9的外壳902为圆形塔状结构，塔内设置轴流风机901、收水器903、布水器904、循环列管加热器906、填料床907和循环集水箱911，塔外设置抽水泵910。

其中，轴流风机901设在蒸发器顶部，为轴流式大功率风机，风机功率需要保证蒸发器出口风速达到12-20m/s。

布水器904设在蒸发器上部，由呈树枝状布置的配水干管和支管及喷嘴组成，喷嘴采用大流量雾化喷嘴，补水管直径和喷嘴规格根据设计水量选用，喷嘴数量及布置方式由布水流量和单个喷嘴喷水流量确定。

收水器903安装在布水器904与轴流风机901之间，为耐腐蚀材质，制作为波浪形。

循环列管加热器906安装在蒸发器中部，采用带翅片防腐且耐高温、高压不锈钢或紫铜管制作，外形为“U”型盘管结构，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到，确保大流量的流体强压循环，循环列管加热器与塔外的热源蒸汽锅炉10联通。

填料床907采用耐高温的防腐材料制成，蜂窝状结构，其充填于循环列管加热器的盘管间。蒸发填料床有较宽通道，并且整个蒸发过程中达不到结晶条件，不会造成填料床堵塞，易于拆卸、冲洗和日常维护。

进风格栅908设置在蒸发器下部设置，循环集水箱911位于蒸发器底部。

以上结构外部采用防腐材料封装，形成循环列管大气蒸发器机组外壳902。

图3为循环列管大气蒸发器9的另一种结构形式，其在图2的基础上，增加了进风筒918，目的是提高抽入塔内的空气的温度。进风筒918与蒸发器于蒸发器下部进口处连通，进风筒外壳与蒸发器外壳连接处密封但可拆卸，非连接一侧用防腐材料密封，进风筒由支架917支撑，进风筒顶部同时需安装进风格栅，进风筒中安装空气干烧管919。

采用以上设备对高盐废水进行处理的具体步骤如下：

1、将高盐废水通过污水泵1泵入管式静态混合器2与碳酸钠(Na₂CO₃)和铝系聚合氯化铝(PAC)和氢氧化钠(NaOH)等药剂进行混合后，进入加药混凝罐3进行混凝，去除废水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子、浊度、悬浮物、油类等杂质。所述混凝预处理时，絮凝过程的水力停留时间为15±5min。

2、混凝过后的悬浊液泵入变隙压滤器4去除水中的沉淀(悬浮)物质，出变隙式过滤器的废水进入调节水箱8。

3、经预处理后的高盐废水自调节水箱通过水泵送至循环列管大气蒸发器9进行蒸发浓缩，通过软化设备12的水进入软化水箱11，再进入蒸汽锅炉10，向蒸发器中的循环加热列管中通入高温蒸气。

4、经蒸发浓缩后的废液，经循环列管大气蒸发器下部的循环集水箱底部管道排除，外运处理。反冲洗变隙式过滤器所产生的污泥进行外运卫生填埋处理。

废水在循环列管大气蒸发器9的浓缩蒸发处理步骤如下：经预处理后的高盐废水进入大气蒸发器时，废水先经循环水泵910泵入循环加热列管906上方的喷淋系统905，通过布水器904向塔内均匀地喷入适量的充分雾化的废水，雾化废水在重力作用下下流流经加热循环列管906，加热循环列管间充填有蜂窝状填料907，形成一层薄膜状水流，以增加换热面积和换热时间，提高换热效率。喷淋废水通过与大气及加热循环列管充分换热后迅速汽化成水蒸气进入气相，汽化后的水蒸气被大功率风机901带走，从而实现废水的蒸发浓缩。其余的废水回落到蒸发器底部的循环集水箱911，再由循环水泵910送入喷淋系统905循环使用。空气中夹带的水滴被收水器903阻挡，回落入循环列管加热器中经在加热蒸发。循环加热列管中被通入高温蒸气，高温蒸气由盘管上部蒸汽入口进入循环列管，与循环列管管外的喷淋废水和空气进行热交换，由气态逐渐被冷凝为液态，从下部蒸汽出口流出，回流入软化水箱。同时，干燥的温度较高空气在风机的作用下由底部入风格栅908进入塔内(图2)，或者进入进风筒918(图3)，经空气干烧管919加热后进入蒸发器的填料区，废水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度温度较低的空气从顶部抽出，废液蒸发的所需的热量一部分由空气传热提供，一部分由循环列管加热提供。废液其余水滴入底部循环集水箱内。滴入底部循环集水箱的废水经循环水泵再抽入喷淋系统，将水循环起来，循环喷洒废水，提高蒸发效率。蒸发器中，设计处理水量与循环水量的比例为1:10，蒸发效率为50％。

本蒸发器所采用的大功率风机与普通蒸发器所采用的风机相比，区别在于：普通蒸发器的风机作用只有一个引流作用，仅仅是将塔内的蒸汽通过风机抽吸引出蒸发器；而本蒸发器采用大功率风机，能提高蒸发器内气体流量与气体流速，蒸发速度与液面表面空气流速有关，空气流速越大，越有利于蒸发；且本蒸发器原理上也与传统蒸发器有所区别，传统蒸发器蒸发所需要的能量基本全部由加热列管提供，而本蒸发器蒸发所需能量一部分由加热管提供，另一部分由焓值较高的空气提供，能节省加热能耗，故也需要采用功率更大的风机以提供更大的气体流量，但在总能耗上较普通蒸发器大幅降低；蒸发器风机功率需根据蒸发器填料区高度，设计蒸发量大小确定，视实际情况需保证蒸发器出口风速约在12-20m/s，出口风速远大于普通蒸发器工作时出口处风速。在能耗上，普通蒸发器每蒸发1kg水所实际需要的蒸汽量约在1.2-1.6kg，而本蒸发器每蒸发1kg水所实际需要的蒸汽量约在0.6-0.8kg，本蒸发器总体能耗约为普通蒸发器总体能耗的50％-60％，具体效果视现场环境温度、湿度变化会有一定波动。