污水處理蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

魯麗敏，盧建國(guó)

（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)部，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

污水處理蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

魯麗敏，盧建國(guó)

（內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)部，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

介紹了采用降膜式蒸發(fā)技術(shù)將濃水進(jìn)一步濃縮的工藝原理以及蒸發(fā)裝置開(kāi)車(chē)后的運(yùn)行狀況、環(huán)保效益分析。

蒸發(fā)；環(huán)保效益

內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司現(xiàn)有50萬(wàn)t/a聚氯乙烯和37萬(wàn)t/a燒堿生產(chǎn)能力。污水處理裝置包括一套生化污水處理系統(tǒng)和一套污水深度處理系統(tǒng)。采用化學(xué)氧化還原、混凝凝集、生物水解酸化、好氧生化法的處理工藝。經(jīng)過(guò)生化處理后的廢水再進(jìn)行深度處理。未受化學(xué)污染的生產(chǎn)清凈下水和經(jīng)過(guò)生化處理的污水進(jìn)入污水深度處理系統(tǒng)處理后，成為高標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品水，回用于化工脫鹽水、化工循環(huán)水和發(fā)電水化裝置。生化污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理水量為最大日處理能力17 570 m3/d，生化污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到《燒堿、聚氯乙烯工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB15581-95）和 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污水深度處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理水量為最大處理能力13 920 m3/d。

生化污水處理崗位是處理公司所產(chǎn)生的工業(yè)及生活污水。污水中的大量有機(jī)物及少量的有毒有害的物質(zhì)，通過(guò)生化處理工藝使水中的物質(zhì)成為無(wú)毒無(wú)害的穩(wěn)定的化合物及微生物生長(zhǎng)繁殖的養(yǎng)料。處理后的污水全部回到污水深度處理系統(tǒng)。污水深度處理是處理公司所產(chǎn)生的工業(yè)廢水及經(jīng)過(guò)生化處理的污水。經(jīng)過(guò)處理后的產(chǎn)品水回用于脫鹽水、循環(huán)水和水化裝置。產(chǎn)生的濃水外排。

為適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策要求，實(shí)現(xiàn)污水零排放，該公司蒸發(fā)系統(tǒng)技改項(xiàng)目由美國(guó)GE公司設(shè)計(jì)，采用降膜式蒸發(fā)原理于2015年4月開(kāi)工建設(shè)，2015年12月31日投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行，目前生產(chǎn)平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)正常，新建蒸發(fā)系統(tǒng)最大處理能力170 m3/h，達(dá)到了預(yù)期目的。

1　蒸發(fā)工藝介紹

1.1蒸發(fā)原理[1]

1.1.1降膜式蒸發(fā)器工作原理

降膜式蒸發(fā)器貯水箱中的濃水持續(xù)循環(huán)地被泵送至頂部的導(dǎo)熱管，通過(guò)鹽水分布器分流，流入了每根管子，然后在管內(nèi)壁形成了一層薄膜，一部分薄膜會(huì)被蒸發(fā)。分布器能夠保證管子內(nèi)部充分地濕潤(rùn)而最大程度減少結(jié)垢。由于壓縮蒸汽的熱力循環(huán)，壓縮蒸汽進(jìn)入垂直管子的壁外。由于壓縮蒸汽和鹽水膜的溫度差，壓縮蒸汽把一部分熱量傳遞給了往下降的鹽水，壓縮蒸汽釋放熱量時(shí)，在換熱管外壁上冷凝成蒸餾水。這股蒸餾水會(huì)在底部聚集，然后通過(guò)處理液體和蒸汽的管道流入儲(chǔ)存罐待用。一小股來(lái)自儲(chǔ)存罐的蒸餾水使蒸發(fā)容器保持一定的正壓力。蒸餾水通過(guò)換熱器把熱量傳遞給了流入的廢水。蒸餾水然后被輸送到化工脫鹽、水化再回用。

1.1.2晶種懸液阻垢原理

為了避免在蒸發(fā)器里的結(jié)垢現(xiàn)象，在蒸發(fā)器首次啟動(dòng)前，需要在水體里添加硫酸鈣作為“晶種”。這些可以在濃水中循環(huán)的固體作為晶核，使高含鹽濃縮廢水中的硫酸鈣結(jié)晶增長(zhǎng)。然后那些變大的顆粒可以通過(guò)循環(huán)泵的機(jī)械攪拌打碎，從而給系統(tǒng)提供新的“晶種”來(lái)源，這是一個(gè)自動(dòng)完成的過(guò)程。晶種只需要在蒸發(fā)器調(diào)試啟動(dòng)時(shí)投加，系統(tǒng)運(yùn)行后就不需要再加入任何“種子”。

由于水在管子里通過(guò)鹽水膜的形式蒸發(fā)出來(lái)，剩余的鹽水膜過(guò)度飽和之后，硫酸鈣，磷酸鈣，氟化鈣，硅和另外一些混合物開(kāi)始沉淀。沉淀的物質(zhì)促使了晶體在原有晶種上的成長(zhǎng)，而不是在新的結(jié)晶核上成長(zhǎng)，因?yàn)檫@可能會(huì)在導(dǎo)熱管表面沉積下來(lái)。硅和另外一些晶體則會(huì)自動(dòng)吸附在硫酸鈣的晶體上。這樣的防止結(jié)垢機(jī)制叫做選擇性結(jié)晶，能很好的保證傳熱表面干凈。

1.2蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程

污水蒸發(fā)系統(tǒng)處理的水來(lái)自于污水深度處理系統(tǒng)產(chǎn)生的反滲透濃水及經(jīng)過(guò)預(yù)處理和中和后的含汞廢水的混合水。

1.2.1進(jìn)水預(yù)處理系統(tǒng)

反滲透濃水被收集到反滲透濃水箱，在此處濃水會(huì)被計(jì)量流量并在均衡水罐中和后的含汞廢水混合。在均衡水罐中投加鹽酸，完成混合液初始降低pH的工作。然后進(jìn)水被泵送至蒸發(fā)器給水罐，在此處pH被鹽酸進(jìn)一步調(diào)節(jié)。pH調(diào)整后的進(jìn)水被蒸發(fā)器給水泵連續(xù)泵送至脫氣塔，中途原水經(jīng)過(guò)蒸餾水換熱器和蒸汽換熱器，在原水進(jìn)入蒸發(fā)器鹽水槽前，脫氣塔把原水中的不凝氣體脫除。另外，蒸發(fā)器給水箱中還投加了阻垢劑用來(lái)最大限度降低碳酸鈣在蒸餾水換熱器、蒸汽換熱器和脫氣塔中結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)向蒸發(fā)器進(jìn)水罐中投加阻垢劑以降低罐體內(nèi)的碳酸鈣結(jié)垢傾向。

1.2.2進(jìn)水換熱系統(tǒng)

這股酸化水從蒸發(fā)器進(jìn)水罐被泵輸送出來(lái)，經(jīng)過(guò)蒸餾水換熱器進(jìn)入蒸汽換熱器，并在此被進(jìn)一步加熱。

1.2.3脫氣系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)加熱的廢水此時(shí)已經(jīng)接近沸點(diǎn)，通過(guò)除氧器頂部的噴嘴均勻布灑到除氧器填料表面。逆向流動(dòng)的蒸汽接觸到跌落的進(jìn)水并對(duì)其中的不凝氣體進(jìn)行脫除。脫除的氣體和蒸汽放空到大氣中。進(jìn)水在除氧器的底部匯集，并在此處監(jiān)測(cè)pH值，對(duì)進(jìn)入到除氧器內(nèi)的進(jìn)水進(jìn)一步加酸調(diào)節(jié)。

1.2.4循環(huán)系統(tǒng)

脫除氣體后的進(jìn)水被二次給水泵提升進(jìn)入蒸發(fā)器鹽水槽，在鹽水槽內(nèi)和循環(huán)懸液混合。濃縮后的晶種懸液被循環(huán)泵從蒸發(fā)器鹽水槽提升至蒸發(fā)器頂部的管箱。

1.2.5蒸發(fā)系統(tǒng)

當(dāng)循環(huán)鹽水進(jìn)入管箱后，所有鹽水通過(guò)一個(gè)鹽水過(guò)濾器，其作用是在鹽水被布水器分配之前清除掉大的固體顆粒。在管箱內(nèi)，濃鹽水被布水器分成薄膜的形式進(jìn)入換熱管。管箱內(nèi)被清理出來(lái)的大的固體顆粒則從一個(gè)旁通通道被直接送回到鹽水槽。當(dāng)鹽水薄膜順著換熱管向下流的時(shí)候，鹽水被換熱管外部的蒸汽加熱。水被蒸發(fā)且?guī)е粷饪s后的晶種懸液流到蒸發(fā)器鹽水槽中。水汽（蒸汽）和濃縮后的鹽水進(jìn)入鹽水槽，然后蒸汽升騰至沸水上部的空間（蒸汽腔）。

1.2.6蒸汽壓縮系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)除霧器后，進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)，在蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)之前，除霧器除去了所有水滴和其夾帶的固體顆粒。蒸汽壓縮機(jī)提高了循環(huán)沸騰鹽水上方的二次蒸汽的飽和溫度。壓縮后的二次蒸汽被送至冷凝器殼程，在殼程二次蒸汽用它的潛熱加熱了管程內(nèi)下落的鹽水薄膜。當(dāng)二次蒸汽失去潛熱后，在換熱管壁殼程凝結(jié)成水滴，然后順管壁流至蒸餾水罐。蒸餾水被從蒸餾水罐用泵輸送至最終用水點(diǎn)，期間蒸餾水經(jīng)過(guò)蒸餾水換熱器。

1.2.7晶種循環(huán)系統(tǒng)

當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的固體顆粒濃度上升時(shí)，起沉淀作用的晶體開(kāi)始形成。為防止新形成的晶體在換熱管壁上結(jié)垢，將硫酸鈣作為“晶種”投加進(jìn)去，晶種成為一種可以選擇的粘附體。

相比較金屬表面來(lái)說(shuō)，新形成的鹽晶會(huì)優(yōu)先附著在晶種上。為了使新形成的晶體有一個(gè)可以吸附的表面，在循環(huán)鹽水中一定比濃度的硫酸鈣是必須的。設(shè)計(jì)水質(zhì)成分中形成的硫酸鈣并不足以防止結(jié)垢，所以需提供一個(gè)鹽種循環(huán)系統(tǒng)。鹽種循環(huán)系統(tǒng)包括一臺(tái)鹽種循環(huán)泵和一臺(tái)懸液分離器。懸液分離器是一個(gè)導(dǎo)水錐分離器，用來(lái)從鹽水保留鹽種（懸浮固體）。

1.2.8廢水系統(tǒng)

通過(guò)從鹽水濃縮器排出兩股獨(dú)立的廢水流，調(diào)節(jié)循環(huán)鹽水淤漿溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS），使其不超出設(shè)計(jì)范圍。

隨著進(jìn)水的濃縮過(guò)程，進(jìn)水中的鈣和硫酸鐵作為硫酸鈣從溶液中沉淀析出而且與鹽水中的硫酸鈣晶體結(jié)合在一起。沉淀析出的硫酸鈣被稱作“懸浮固體”。儲(chǔ)水槽中未析出的其他鹽分被稱作 “溶解固體”。蒸發(fā)器儲(chǔ)水槽鹽水是懸浮固體和溶解固體的組合，被稱作“固體總量”。

總固體含量（TS）約等于總懸浮固體含量（TSS）與總?cè)芙夤腆w含量（TDS）之和。

濃縮后的固體重新回到蒸發(fā)器循環(huán)管內(nèi)，同時(shí)帶有少部分懸浮固體的溢流會(huì)成比例地分別流到蒸發(fā)器循環(huán)管和濃水箱內(nèi)。循環(huán)鹽水中的總?cè)芙夤腆w（TDS）可以由流到濃水罐內(nèi)的帶有低濃度懸浮固體的鹽水排放量控制。

1.2.9加藥系統(tǒng)

1.2.9.1消泡劑添加系統(tǒng)

消泡劑添加系統(tǒng)包括消泡劑搬運(yùn)箱和3臺(tái)消泡劑泵。消泡劑泵系統(tǒng)用于在恒定流率下為鹽水濃縮池添加消泡劑或者用液塞泵減少泡沫事件。

1.2.9.2堿添加系統(tǒng)

如果酸堿值降至操作手冊(cè)規(guī)定的容許范圍以下，則操作工可用鹽水濃縮器手動(dòng)向鹽水濃縮池添加堿。具體流程見(jiàn)圖1。

圖1　污水處理蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

1.3蒸發(fā)工藝指標(biāo)控制情況

1.3.1蒸發(fā)器進(jìn)水流量165 m3/h

脫氣塔壓力：3.75 kPa（g）；

蒸發(fā)器壓縮機(jī)出口壓力：138.5 kPa（g）；

蒸發(fā)器壓縮機(jī)出口溫度：165℃。

1.3.2蒸發(fā)量的調(diào)整

以5%增量緩慢打開(kāi)蒸氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉直到達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)能力。等待30 min或者直到兩次增量之間的運(yùn)行穩(wěn)定下來(lái)。當(dāng)根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)確定了在蒸氣壓縮機(jī)入口流量變化之后系統(tǒng)穩(wěn)定需要多長(zhǎng)時(shí)間，則可以更快速度增加系統(tǒng)負(fù)荷。

以5%增量緩慢關(guān)閉蒸氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉HIC-1311直到達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)能力。等待30 min或者直到兩次增量之間的運(yùn)行穩(wěn)定下來(lái)。當(dāng)根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)確定了在蒸氣壓縮機(jī)入口流量變化之后系統(tǒng)穩(wěn)定需要多長(zhǎng)時(shí)間，則可以更快速度降低系統(tǒng)負(fù)荷。

1.3.3廢水量的調(diào)節(jié)

下表列出了運(yùn)行溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS）濃度。這些特定值選擇用于保證設(shè)計(jì)進(jìn)水的無(wú)故障運(yùn)行。

表1　運(yùn)行溶解固體總量（TDS）和懸浮固體總量（TSS）濃度　mg/L

1.4控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的自動(dòng)控制是通過(guò)DCS完成操作控制、運(yùn)行參數(shù)控制、設(shè)備切換控制及系統(tǒng)自診斷、報(bào)警保護(hù)等功能。控制系統(tǒng)具有完善的聯(lián)鎖報(bào)警功能。與系統(tǒng)安全運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)均設(shè)置報(bào)警聯(lián)鎖功能，其上下限值可根據(jù)實(shí)際工況需要進(jìn)行在線調(diào)整。所有儲(chǔ)罐配套有就地磁翻板液位計(jì)，具有液位就地顯示功能，又能輸出高、低位開(kāi)關(guān)量信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求設(shè)置必要就地測(cè)量?jī)x表。所有控制儀表和設(shè)備具有高可用性、穩(wěn)定性、可操性和可維護(hù)性，并滿足控制要求。電氣控制系統(tǒng)控制帶就地控制柜及電磁閥箱進(jìn)行控制，所有控制信號(hào)送至控制室以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)在控制室進(jìn)行集中控制。電源控制柜帶有全套電氣、控制保護(hù)元件信號(hào)電纜。電控柜適應(yīng)于遠(yuǎn)方程控和就地控制的要求。電控柜防護(hù)等級(jí)戶內(nèi)為IP32，戶外為IP55。系統(tǒng)所有氣動(dòng)、電動(dòng)、調(diào)節(jié)閥門(mén)及其驅(qū)動(dòng)裝置均要求進(jìn)口。所有自動(dòng)閥門(mén)均帶有可靠的位置開(kāi)關(guān)（信號(hào)反饋裝置），各自動(dòng)閥門(mén)配置相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)并根據(jù)需要配帶定位器。

系統(tǒng)配備最適當(dāng)?shù)膬x表完成系統(tǒng)的自動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。當(dāng)操作進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入安全重啟模式。此外，控制系統(tǒng)能夠?qū)x器進(jìn)行保護(hù)、顯示操作參數(shù)以及在超出設(shè)計(jì)規(guī)格或者故障情況下自動(dòng)報(bào)警。

2　蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行情況及環(huán)保效益分析

2.1蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行情況

具體蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

蒸發(fā)系統(tǒng)驗(yàn)收時(shí)的性能保證值如下。

（1）蒸發(fā)器處理水量：165.45 m3/h；

（2）蒸發(fā)器濃水量：20.5 m3/h（蒸發(fā)器進(jìn)水量為165.45 m3/h）；

（3）蒸發(fā)器蒸餾水水質(zhì)：總固含量小于等于10×10-6（不含揮發(fā)物）；

（4）系統(tǒng)電耗，在系統(tǒng)性能測(cè)試期間，零排放系統(tǒng)的平均用電負(fù)荷小于等于6 600 kW。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析，可認(rèn)定目前蒸發(fā)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2蒸發(fā)系統(tǒng)環(huán)保效益分析

新增的蒸發(fā)系統(tǒng)通過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行可以明顯看出：該系統(tǒng)能有效、經(jīng)濟(jì)、安全地將濃水進(jìn)一步增濃，能完全處理滿負(fù)荷下全部前工序的濃水，各項(xiàng)指標(biāo)可滿足國(guó)家環(huán)保要求，符合國(guó)家環(huán)保政策。

表2　蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

3　結(jié)論

降膜式蒸發(fā)工藝技術(shù)較為成熟，目前已成為世界上應(yīng)用最多、最有成效的一種鹽水增濃技術(shù)，能有效、經(jīng)濟(jì)、安全增濃，符合國(guó)家環(huán)保要求。

［1］梁林．處理高濃含鹽廢水的機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能研究．南京航空航天大學(xué)出版社，2013，60．

Operation summary of the power plant denitrification system

LU Li-min LU Jian-guo
（Inner Mongolia Elion Chemical Industry Co.,Ltd.,Ordos 014300，China）

This paper introduces the technological principle of further concentration of concentrated water by falling film evaporation technology.Analysis on the operating condition and environmental benefit of the evaporation plant.

denitration；environmental benefits.

TQ085

B

1009－1785(2016)11-0034-03

2016-10-14