林清武

(中国昆仑工程有限公司吉林分公司，吉林 吉林 132013)

2007年11月，国家颁布《国家环境保护“十一五”规划》，要求在钢铁、电力、化工、煤炭等重点行业，推广废水循环利用，努力实现废水少排放或零排放。2017年1月，原国家环保部发布《火电厂污染防治技术政策》，鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水不外排。2017年2月，国家能源局发布《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》，要求无纳污水体的新建示范项目通过利用结晶分盐等技术，将高盐废水资源化利用。

国内外对高含盐废水“零排放”处理一般采用蒸发塘自然蒸发、多效蒸发结晶、机械蒸汽再压缩蒸发工艺。蒸发塘自然蒸发是利用太阳能自然蒸发的方式蒸发水分，使盐分留在池底定期清理，只有多年平均蒸发量为降雨量的3～5倍以上的区域才能适合。机械蒸汽再压缩蒸发工艺因蒸汽压缩机温升8～10 ℃，常与降膜蒸发器配套使用，主要用于高盐废水的蒸发浓缩(TDS含量不大于240 000 mg/L)，多效蒸发结晶可针对高盐废水的含盐量和水量变化随时调整蒸汽量，以达到控制蒸发量，因此运行稳定性和操作灵活性上较机械蒸汽再压缩蒸发更有优势。

1 中型试验

1.1 原料及进水水质

表1 煤化工高盐废水水样化验指标

1.2 试验流程

蒸发结晶工艺采用三效顺流流程，一效采用传热温差损失小、传热速率高的降膜蒸发器，二、三效采用抗盐析、抗结疤堵管能力强的强制循环蒸发器，工艺流程见图1。

1―溶解罐A；2―溶解罐B；3―进料泵；4―一效蒸发器；5―一效分离器；6―一效循环泵；7―二效蒸发器；8―二效分离器；9―二效循环泵；10―三效蒸发器；11―三效分离器；12―三效循环泵；13―出盐泵；14―稠厚器；15―离心机；16―母液罐；17―母液泵；18―间接冷凝器；19―真空泵；20―凉水塔；21―循环水泵；22―产品水泵图1 煤化工高盐废水蒸发结晶中型试验工艺流程

如图1所示，溶解罐A中按一定比例加入结晶盐和产品水，通过搅拌溶解，配置成一定浓度的高盐废水，自流到溶解罐B。溶解罐B中的高盐废水经进料泵输送至一效蒸发器，在一效循环泵的作用下进行效内循环，与一效蒸发器壳程新鲜蒸汽间接换热，然后在一效分离器进行汽/液分离：汽相进入二效蒸发器的壳程，液体经一效循环泵输送至二效蒸发器继续浓缩，在二效循环泵的作用下进行效内循环，与二效蒸发器壳程二次蒸汽间接换热后在二效分离器进行汽/液分离：汽相进入三效蒸发器壳程，液体输送至三效蒸发器继续浓缩，在三效循环泵的作用下进行效内循环，与三效蒸发器壳程二次蒸汽间接换热后在三效分离器进行汽/液分离：汽相进入间接冷凝器冷凝，最终浓缩液通过出盐泵输送至稠厚器、经离心机离心分离，得到氯化钠产品盐，离心母液至母液罐，然后经母液泵返回三效分离器继续蒸发浓缩结晶出氯化钠。

2 结果与分析

2.1 进水COD、SS浓度的变化规律

2.1.1 现象

如图2所示，随着蒸发结晶过程中水分的不断蒸发，高盐废水COD质量浓度与高盐废水中的含盐量(TDS)成比例增长。当高盐废水达到过饱和浓度，就会析出氯化钠晶体颗粒，三效分离器内晶浆溶液达到15%以上固含量时，经离心机分离氯化钠产品盐后，母液返回三效分离器，这时的COD浓度基本与三效分离器内COD浓度基本一致。进水中约50%的COD会随着蒸汽冷凝水和结晶盐排出系统外，而其余50%含量的COD会随着母液返回蒸发结晶系统内富集。随着蒸发结晶系统内COD不断富集，在高盐废水蒸发表面易产生气泡层，影响蒸发效率，且随着蒸发结晶系统内COD浓度不断提升，所产生的蒸汽冷凝水和结晶盐的COD浓度也会提升，因此需定期将部分母液排出蒸发结晶系统。

图2 高盐废水中COD、SS浓度随蒸发结晶过程的变化

高盐废水中的悬浮物(SS)浓度也会随着蒸发结晶过程中水分不断蒸发，与高盐废水中的TDS一样成比例增长。每效分离器内二次蒸汽出口前都设置除沫装置，二次蒸汽夹带的悬浮物大部分被截留在除沫器上，随着除沫器清洗回到蒸发结晶系统内，漂浮在高盐废水蒸发表面，阻碍分离器内水分的蒸发。当出料泵输送三效分离器内晶浆到稠厚器时，虽然稠厚器内设有搅拌器，但大部分悬浮物与结晶颗粒易分层，先离心出结晶盐后出悬浮物，因此容易使离心机筛网堵塞，频繁清洗，造成二次污染。

2.1.2 工艺措施

(1)随着进水中的COD质量浓度增加，蒸汽冷凝水和产品盐的COD质量浓度也会增加，应根据产品水的水质指标和产品盐纯度的要求，控制进水COD质量浓度不大于50 mg/L。

(2)随着母液不断循环回蒸发结晶系统，系统内COD、SS不断富集，最终影响三效分离器内的蒸发结晶速率和蒸发结晶系统稳定性，因此应增加母液干燥系统，定期排出一定量母液进行干燥处理。

(3)高盐废水进入蒸发结晶前，应采用臭氧催化氧化等高级氧化工艺去除长链烃，降低COD浓度及色度。

(4)强化预处理，使进水中的悬浮物浓度不大于20 mg/L。

2.2 进水Ca2+、Mg2+的变化规律

2.2.1 现象

从图3(b)可知，进水中87%含量的Ca2+沉积在设备或管道内，9%含量的Ca2+随着结晶产品盐排出蒸发结晶系统，剩余基本留在母液，返回蒸发结晶系统；Mg2+溶解度高，进水中56%含量的Mg2+留在母液，返回蒸发结晶系统，42%含量的Mg2+与Ca2+形成混合结垢留在蒸发结晶系统内，在设备或管道表面形成钙镁混合结垢。

2.2.2 工艺措施

(1)Ca2+容易沉积在设备或管道内，应避免Ca2+在降膜蒸发器内达到过饱和状态。

(2)Ca2+、Mg2+的无机盐沉淀，容易堵塞离心机筛网及影响产品盐白度。

(3)通过化学软化和离子交换预处理去除进水中Ca2+、Mg2+硬度。

图3 高盐废水中Ca2+、Mg2+质量浓度随蒸发结晶过程的变化

2.3 进水浓度的变化规律

2.3.1 现象

通过这种模拟制造的方式进行虚拟化生产，还能有效节约人力物力的投入，减少能源的损耗，并保障机械设备产品质量。同时也能在一定程度上显著增强企业在激烈市场环境下的核心竞争力，使企业能够在变化莫测的市场中具备更高的灵活性与应变能力，并依据市场的实际需求对机械设备产品制造方案进行不断地改进与调整，从而使机械设备制造更能满足市场需求。自动化技术的应用，为实现机械设备制造柔性化与虚拟化发展目标提供了可靠的技术支撑。

2.3.2 工艺措施

图4 高盐废水质量浓度随蒸发结晶过程的变化

2.4 进水TDS的变化规律

2.4.1 现象

调整结晶盐和产品水的比例，分别配置不同TDS质量浓度的高盐废水进行蒸发结晶中型试验。

从图5可知，随着进水中TDS质量浓度增加，单位体积高盐废水所消耗蒸汽量缓慢增加、总的蒸汽量下降幅度大，但TDS浓度越高下降幅度越小。

图5 高盐废水量和蒸汽量随TDS质量浓度的变化

随着TDS质量浓度增加，相同盐总量条件下，水量减少，运行费用减少、设备投资也减少。因此，高盐废水“零排放”项目中，应尽量提高进蒸发结晶系统高盐废水的TDS质量浓度，浓缩到100 000 mg/L以上，以降低工程投资和整个“零排放”项目的运行费用。

3 结 论

通过中型试验及数据分析，结合国内“零排放”工程项目的调研，得出如下结论。

(1)蒸发结晶是高盐废水“零排放”项目中工程投资和运行费用最高的单元，应采用高浓缩倍数膜装置将TDS浓缩到100 000 mg/L以上。

(2)以分盐结晶产品化为目的的“零排放”项目预处理应采用化学软化、离子交换、脱碳塔工艺去除硬度和碱度。

(3)为保证结晶盐的纯度、白度及蒸发结晶系统的稳定运行，高盐废水进入蒸发结晶系统前应设置臭氧催化氧化等高级氧化装置，以降低高盐废水中的COD及色度，COD质量浓度宜控制在不大于50 mg/L。