两种蒸发技术处理高盐有机农药废水的比较研究
2019-03-28王欲晓王学凯陆正祥
庄 严，王欲晓，张 帆，王学凯，陆正祥
(1.江苏蓝丰生物化工股份有限公司 环保部，江苏 徐州 221400； 2.徐州工程学院 化学化工学院，江苏 徐州 221111)
农药废水是一种难治理的高盐度有机废水[1]，其废水中盐度和COD高达几万甚至几十万mg/L以上[2-3]。高盐有机废水处理主要分为非生物法和生物法，其中前者应用广泛，主要包括蒸发、膜分离等技术。膜分离使用条件苛刻、投资和运行成本高，当前蒸发技术使用普遍，其过程是指在加热过程中，溶液中部分溶剂汽化，得到含有不挥发性溶质的剩余浓缩溶液的过程，其特点是能将无机盐与水分分离得比较彻底，缺点有能耗大、运行成本高、易结垢堵塞等，所以必须考虑高效节能等问题[4-5]，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。 MED是将多个蒸发器串联起来，用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[6]。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[7]。在化工生产、食品加工厂、医药生产、石油和天然气采集加工等企业的高盐度(含盐量为3.5%～25%)高浓度(COD浓度为2 000mg/L～300 000mg/L)废水处理广泛应用[8]。理论上MED若第一效为沸点进料，忽略热损失和温差损失等因素，则生蒸汽消耗量与蒸发量的比单效、双效、三效分别为为1、0.5、0.3。但应用中有损失，实际消耗蒸汽与蒸发效数之比为：单效1.10，双效0.57，三效0.4，四效0.3，五效0.27[9]。MVR是料液经蒸发器蒸发产生二次蒸汽，经分离器分离，再经压缩机压缩，提高压力、升高温度、增加热焓后作为加热蒸汽循环使用[10]，优点是减少蒸发浓缩过程对外界能源需求[11-12]，主要消耗电能，节省了蒸汽和冷却水的能源消耗。本研究的目的是比较MED和MVR处理农药废水的差异，重点分析盐度和COD去除率和单位废水能耗等指标，为高盐有机废水的工业化高效节能设备应用提供指导和借鉴作用。
1 实验部分
1.1 废水水质
农药废水来自某农药生产废水，盐度分别为66000μs/cm、66800μs/cm、56000μs/cm、58000μs/cm和91210μs/cm，平均为68018μs/cm；COD分别为71668 mg/L、76564 mg/L、66264 mg/L、48480 mg/L、71856 mg/L，平均为66966 mg/L。
1.2 主要设备
MED为宜兴市华琪环水设备有限公司制造的三效蒸发设备，含预热器20m2、蒸发器(一效、二效、三效)3台、结晶罐6m3、循环泵11KW、采盐泵3KW、真空机组500m3/h、仪表等。MVR为江苏乐科热力科技有限公司制造，运行体积20m2，装机400kw，含原料计量罐、进料泵、冷凝液预热器、真空预热器、蒸汽预热器、排料泵、加热器、循环泵、出料泵、压缩机、稀油站、结晶器、冷凝液泵、冷凝液罐、喷淋泵、真空泵、真空冷却器、喷淋冷却器、离心机、旋液分离器、晶浆罐、变频器。
1.3 实验方法
新鲜蒸汽压力为0.4～1MPa，蒸发实验平行进行5次，测量进出水水质计算去除率，盐度以电导率计算，有机物浓度以CODcr计算。能耗分析包括蒸汽、电等，折算为标煤。1kg饱和蒸汽(0.4～1MPa)折标煤0.145kgce，每kwh电折标煤0.404kgce。
2 结果和讨论
2.1 水质指标
由图1可知，MVR的盐度去除率5次实验分别为95.38%、94.76%、94.93%、91.53%和97.14%，平均为94.75%，与MED的盐度去除率(5次实验分别为97.27%、98.68%、94.93%、93.94%和98.68%)平均为97.24%相比，差异不显著(P>0.05)。
图1 MVR和MED的盐度去除比较
图2 MVR和MED的COD去除比较
由图2可知，MVR的COD去除率5次实验分别为89.32%、91.92%、90.01%、82.44%和83.59 %，平均为87.46%，显著高于MED的COD去除率(5次实验分别为97.69%、98.37%、89.50%、95.54 %和88.22%)平均为93.86%(P<0.05)。
2.2 单位能耗
图3 MVR和MED的单位废水能耗比较
由图3可知MVR的单位废水能耗约为16.58kgce/m3，MED的为60.02 kgce/m3，前者的单位废水能耗只有后者的27.6%，即MVR比MED节约能源约72.3%。
2.3 讨论
方健才[13]报道，按3t/h的处理量去处理氯化铵废水时，每处理1t废水MVR折消耗18.45kgce，而采用三效蒸发器折消耗65.25kgce，四效蒸发器折消耗47.25kgce。MVR相对于三效蒸发器可节省69.45%的标准煤，相对于四效蒸发器节省60.72%的标准煤。高丽丽[14]等在以15t/h氨基酸的蒸发浓缩工程实例为研究对象的实验中，将MVR和多效蒸发的能源消耗对比发现：使用MVR处理1t废水所消耗电等价热量10.53kgce，而同样使用三效蒸发处理时所耗蒸汽等价60.9kgce。相比于三效蒸发器而言，使用MVR蒸发可以节省85.7%的标准煤；叶正茂[15]等在处理55t/h含100g/L的氯离子的硫酸铵废水时，在后端使用多效蒸发器和MVR比较其能耗，结果表示处理一吨水MVR消耗24.84kgce，三效和四效蒸发器分别消耗60.21kgce和49.71kgce，分别节省了58.74%和50%的标准煤。本研究结果表明，利用MVR蒸发技术处理高盐度有机农药废水可以节约标煤超过70%。
3 结论
MED和MVR都可以有效去除农药废水中的盐度和COD，其中MED和MVR对盐度的去除率差异不显著(P>0.05)；但是针对COD，三效蒸发的去除效果显著高于MVR(P<0.05)。与MED相比，MVR蒸发技术处理高盐度有机农药废水可以节约标煤超过70%。
