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污水处理技术之零排放技术

可研报告2017-01-17来源:中经纵横
一、零排放的定义
 
  所谓零排放,是指无限地减少污染物和能源排放直至到零的活动。零排放,就其内容而言,一是要控制生产过程中不得已产生的能源和资源排放,将其减少到零;另一含义是将那些不得已排放出的能源、资源充分利用,最终消灭不可再生资源和能源的存在。
 
  废水“零排放”是指工业废水经过重复使用后,将这部分含盐量和污染物高浓缩成废水全部(99%以上)回收再利用,无任何废液排出工厂。水中的盐类和污染物经过浓缩结晶以固体形式排出厂送垃圾处理厂填埋或将其回收作为有用的化工原料。
 
  二、国内现有实现废水“零排放”的手段
 
  目前国内广泛使用的工业废水处理技术主要包括RO(反渗透膜双膜法)和EDR技术他们的主要材料是纳米级的反渗透膜,而这种技术的作用对象是离子(重金属离子)和分子量在几百以上的有机物。其工作原理是在一定压力条件下,H2o可以通过RO渗透膜,而溶解在水中的无机物,重金属离子,大分子有机物,胶体,细菌和病毒则无法通过渗透膜。从而可以将渗透的纯水与含有高浓度有害物质的废水分离开来。但是使用这种技术我们只能得到60%左右的纯水,而剩余的含高浓度有害物质的废水最终避免不了排放到环境的结局,而这些高浓度的重金属离子和无机物对我们的环境是极其有害的。
 
  三、RCC技术
 
  CC技术,能真正达到工业废水“零排放”,RCC的核心技术为“机械蒸汽再压缩循环蒸发技术”及“晶种法技术”、“混合盐结晶技术”
 
  (一)机械蒸汽再压缩循环蒸发技术
 
  1、机械蒸汽再压缩循环蒸发技术的基本原理
 
  所谓的机械蒸汽再压缩循环蒸发技术,是根据物理学的原理,等量的物质,从液态转变为气态的过程中,需要吸收定量的热能。当物质再由气态转为液态时,会放出等量的热能。根据这种原理,用这种蒸发器处理废水时,蒸发废水所需的热能,再蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放热能所提供。在运作过程中,没有潜热的流失。运作过程中所消耗的,仅是驱动蒸发器内废水、蒸汽、和冷凝水循环和流动的水泵、蒸汽泵和控制系统所消耗的电能。为了抵抗废水对蒸发器的腐蚀,保证设备的使用寿命蒸发器的主体和内部的换热管,通常用高级钛合金制造。其使用寿命30年或以上。
 
  蒸发器单机废水处理量由27吨/天起至3800吨/天。如果需要处理的废水量大于单机最大处理量,可以按装多台蒸发器处理。蒸发器在用晶种法技术运行时,也称为卤水浓缩器
 
  2、卤水浓缩器构造及工艺流程
 
  (1)待处理卤水进入贮存箱,在箱里把卤水的PH值调整到5.5-6.0之间,为除气和除碳作准备。卤水进入换热器把温度升至沸点。
 
  (2)加热后的卤水经过除气器,清除水里的不溶所体,如氧所和二氧化碳。
 
  (3)新进卤水进入深缩器底槽,与在浓缩器内部循环的卤水混合,然后被泵到换热器管束顶部水箱。
 
  (4)卤水通过装置,在换热管顶部的卤水分布件流入管内,均匀地分布在管子的内壁上,呈薄膜状,受地引力下降至底槽。部分卤水沿管壁下降时,吸收管外蒸汽所释放的热能而蒸发了,蒸汽和未蒸发的卤水一起下降至底槽。
 
  (5)底槽内的蒸汽经过除雾器进入压缩机,压缩蒸汽进入浓缩器。
 
  (6)压缩蒸汽的潜热传过换热管壁,对沿着管内壁下降的温度较低的卤水膜加热,使部分卤水蒸发,压缩蒸汽释放潜热时,在换热管外壁上冷凝成蒸馏水。
 
  (7)蒸馏水沿管壁下降,在浓缩器底部积聚后,被泵经换热器,进储存罐待用。蒸馏水流经换热器时,对新流入的卤水加热。
 
  (8)底槽内部分卤水被排放,以控制浓缩器内卤水的浓度。
 
  晶种法技术:可以解决蒸发器换热管的结垢问题,经处理后排放的浓缩废水,通常被送往结晶器或干燥器,结晶或干燥成固体,运送堆填区埋放。上述循环过程,周而复始,继续不断地进行。
 
  (二)晶种法技术
 
  如废水里含有大量盐分或TDS,废水在蒸发器内蒸发时,水里的TDS很容易附着在换热管的表面结垢,轻则影响换热器的效率,严量时则会把换热管堵塞。解决蒸发器内换热管的结垢问题,是蒸发器能否用作处理工业废水的关键。RCC成功开发了独家护有的“晶种法”技术,解决了蒸发器换热管的结垢问题,使他们设计和生产的蒸发器,能成功地应用于含盐工业废水的处理,并被广泛采用。应用“晶种法“技术的蒸发器,也称作“卤水浓缩器”(BrineConcentrator)。经卤水浓缩器处理后排放的浓缩废水,TDS含量可高达300,000pp,通常被送往结晶器或干燥器,结晶或干燥成固体,运送堆填区埋放。
 
  “晶种法”以硫酸钙为基础。废水里须有钙和硫化物的存在,浓缩器开始运作前,如果废水里自然存在的钙和硫化物离子含量不足,可以人工加以补充,在废水里加添硫酸钙种子,使废水里钙和硫化物离子含量达到适当的水平。废水开始蒸发时,水里开始结晶的钙和硫酸钙离子含量达到适当水平。废水开始蒸发时,水里开始结晶的钙和硫酸钙离子就附着在这些种子上,并保持悬浮在水里,不会附着在换执管表面结垢。这种现象称为“选择性结晶”。卤水浓缩器通常能持续运作长达一年或以上,不才需定期清洗保养。在一般情况下,除了在浓缩器启动时有可能添加“晶种外”,正常运作时不需再添晶种。
 
  (三)混全盐结晶技术
 
  1、混全盐结晶技术的应用
 
  卤水浓缩器可回收卤水里95%至98%的水份,剩余的浓缩卤水残液,含有大量的可溶固体。在有些地区,卤水残液被送往蒸发池自然蒸发,或作深井压注处理。但很多地区,如美国西南部的科罗拉多河流域,为了防止浓缩卤水排放蒸发池或作深井压注处理后渗出,对水源造成二次污染,沿岸的工矿企业产生的废水,必须作“零排入”处理。如残液的流量很小,则可用干燥器把残淮干燥成固体,收集后送堆场填埋;如残液量较大,用结晶器把残液里的可溶固体给晶后收集填埋,是更经济的处理方法。
 
  一般生产性化工结晶程序,如氯化钠、硫酸钠等化工商品的生产,仅需要处理一种盐类的结晶,这类单盐卤水的结晶工艺,比较容易掌握,但工业污水里所含的的盐份,种类繁杂,甚至含有两种盐份组成的复盐。有多种盐类并存的卤水会在结晶器内产生泡沫和具有极强的腐蚀性,同时多种不同盐类的存在,会造成卤水不同的沸点升高。不同成度的结垢,对设备的换热系数产生不同程度的影响。通过数十年的研究和实践我们掌握了一套混合盐类结晶技术,累积了丰富的经验。验室对混通过实合盐卤的分析,准确检定卤水里各种盐类的成份和溶量,准确判断各种盐类对设备的影响,采用不同的设计参数,并在这基础上进行系统设计,为用户提供适合的,经济和可靠的设计,制定可行的操作和维修方案。
 
  2、混全盐结晶技术的设备与工艺流程
 
  用作混合盐结晶的结晶器,可用蒸汽驱动,也可用电动蒸汽压缩机驱动,后者是能效较高的系统。
 
  强制循压缩蒸汽结晶器:强制循环压缩蒸汽结晶器是热效率最高的结晶系统,系统所需的热能,由一台电动蒸汽压缩机提供。它的主要工作程序如下:
 
  (1)待处理浓卤水被泵进结晶器。
 
  (2)和正在循环中的卤水混合,然后进入壳管式换热器。因换热器管子注满水,卤水在加压状态下不会沸腾并抑止管内结垢。
 
  (3)循环中的卤水以特定角度进入蒸汽体,产生涡旋,小部卤水被蒸发。
 
  (4)水分被蒸发时,卤水内产生晶体。
 
  (5)大部卤水被循环至加热器,小股水流被抽送至离心机或过滤器,把晶体分离。
 
  (6)蒸汽经过除雾器,把附有的颗粒清除。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
 
  (7)蒸器经压缩机加压,压缩蒸汽在加热器的换热管外壳上冷凝成蒸馏水,同时释放潜热把管内的卤水加热。
 
  (8)蒸馏水收集后,供厂内需要高质蒸馏水的工艺流程使用,在某些条件下,结晶器产生的晶体,是很高商业价值的化工产品。这种高效结晶器的主要优点有:
 
  a设备体积小,占地面积也小。b设备能耗低,盐卤浓缩器处理一吨废水耗电最低仅16KW/H。回收率高达98%,而且回收的是优质蒸馏水,所含TDS小于10PPM,稍做处理即可作高压锅炉补给水,用钛合金制造,寿命长达30年。
 
  最后,零排放技术只是在人能力范围内的理想状态,并且在某一行业或领域的孤立的零排放是不可能的,它涉及到许多学科和领域,只有不同的领域间相互合作共同努力我们才能去实现“零排放”最终造福人类。
 
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