王 磊

(忻州市環(huán)境監(jiān)測站，山西 忻州 034000)

1 晶種法蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)概述

晶種法蒸發(fā)技術(shù)在實際的應(yīng)用中以石膏作為晶種，在廢水處理中要求廢水中必須要有一定含量的硫酸根和鈣離子。如果以上兩個離子的含量達不到標(biāo)準(zhǔn)或者達不到要求，則在對廢水進行處理時必須要添加一定量的硫酸鈣。在具體的應(yīng)用中，廢水開始蒸發(fā)時，濃縮鹽在高溫環(huán)境下會逐漸成為超飽和鹽水薄膜，并不斷出現(xiàn)鈣、鎂、磷酸鈣、硫酸鈣、硅等離子的沉淀物，這些沉淀物附著在“種子”上，不會附著在換熱器管束的表面，可以將這種現(xiàn)象稱之為“選擇性結(jié)晶”，其能夠保證過程的順利進行[1]。沉淀物在結(jié)晶鹽上越來越多形成了新類型的鹽，因此在整個操縱的過程中不需要額外添加鹽種。在采用晶種法來進行操作時，需要結(jié)合實際情況對硫酸根和鈣離子的濃度進行相應(yīng)的控制，在必要的情況下需要通過添加額外的藥劑來提高濃度。

石膏晶種法的也能夠在很大程度上緩解和降低加熱管結(jié)垢的情況，這樣對于提升蒸發(fā)器的運行壽命具有十分重要的意義。蒸發(fā)器在運行的過程中對于各種條件具有較高的要求，如果無法達到這些要求則會導(dǎo)致出現(xiàn)加熱管結(jié)垢的情況，進而會導(dǎo)致蒸發(fā)器可能會出現(xiàn)異常狀況。在蒸發(fā)系統(tǒng)中，如果對運行條件和運行環(huán)境控制不合理，就可能因為各種離子的存在導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)垢的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)換熱系數(shù)下降，同時影響整個系統(tǒng)的運行。

2 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)概述及優(yōu)勢

在蒸發(fā)系統(tǒng)的運行過程中如果能夠通過預(yù)處理的方式降低含水的硬度和堿度，對環(huán)境和條件進行合理的防止出現(xiàn)結(jié)垢情況，同時對pH值進行合理控制，則能確保在蒸發(fā)系統(tǒng)中的運行過程中在不添加任何鹽種的前提條件下實現(xiàn)良好的運行，如果滿足以下的各種條件則將蒸發(fā)技術(shù)稱為非晶種法蒸發(fā)技術(shù)[2]。

這種技術(shù)的運用能夠在很大程度上提高蒸發(fā)系統(tǒng)的效率，其穩(wěn)定性較強，操作方便，已經(jīng)成為目前蒸發(fā)系統(tǒng)中的主流技術(shù)之一。在實際的操作過程中不需要頻繁地對濃度進行控制，進水指標(biāo)的波動也不會對整個操作產(chǎn)生影響。非晶種蒸發(fā)方法在運用的過程中循環(huán)液密度相對較小，因此就不需要額外加入晶種，這種方法的能耗也相對較低。采用非晶種蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)點主要包括以下幾個方面：操作簡單、能耗低、運行時間長、清洗難度小、工程消耗量小等優(yōu)點。

3 某煤化工項目中非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用

某煤炭化工項目主要以煤為原料生產(chǎn)180萬t/a甲醇，項目在運行中采用SHMTO技術(shù)，通過一系列的工藝得出最終的聚乙烯和聚丙烯等相關(guān)的產(chǎn)品。該項目位于山西省忻州市，該地區(qū)最為主要的特點是水資源缺乏，為了解決水資源的問題以及實現(xiàn)環(huán)境保護，項目需要實現(xiàn)零排放。該項目在運行中會產(chǎn)生含量較為復(fù)雜的廢水，對這些廢水的處理成為實現(xiàn)零排放的關(guān)鍵所在。在廢水處理中需要針對不同的水質(zhì)采用不同的方法進行處理，盡可能地實現(xiàn)污水的重復(fù)利用，達到節(jié)約用水的目的。在廢水處理的過程中需要通過污水生化處理、含鹽廢水膜處理、高效膜濃縮及濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶等方法來實現(xiàn)對污水的處理。在進行污水處理的過程中采用高效膜濃縮采用高效反滲透(HEROTM)工藝進行處理，具體來講在實際的運行和操作中根據(jù)前端進水的特點和情況，在后端的處理中采用非晶種法的運行模式，在提高對污水處理效果的同時降低污水處理成本。

4 項目設(shè)計進水和產(chǎn)水情況

根據(jù)處理的要求，結(jié)合實際情況將蒸發(fā)結(jié)晶裝置設(shè)計處理量確定為70 m3/h，廢水鹽濃度為6 000 mg/L左右。

在處理工藝進水段，根據(jù)實際情況進行設(shè)計，具體情況為：CODCr=1 000 mg/L，ρ(TOC)=600 mg/L，ρ(NH3-N)=50 mg/L，ρ(TDS)=49 854 mg/L，電導(dǎo)率(25 ℃)為103 377 μS/cm，總硬度(以CaCO3計)<5 mg/L，總堿度(以CaCO3計)<85 mg/L，ρ(硅)(以SiO2計)<400 mg/L。

蒸發(fā)系統(tǒng)根據(jù)廢水處理的標(biāo)準(zhǔn)和廢水處理的要求，將系統(tǒng)水回收率確定為90%以上，具體來講通過處理之后的水質(zhì)需要達到表1中各項指標(biāo)的要求，處理之后的水質(zhì)可以作為城市綠化用水和循環(huán)水系統(tǒng)補充水。

表1 設(shè)計產(chǎn)水水質(zhì)

5 工藝設(shè)計

根據(jù)項目處理的要求，設(shè)計出如圖1所示的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。從圖1中可以看出該系統(tǒng)中主要包括蒸發(fā)系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)、處理系統(tǒng)等不同系統(tǒng)所組成。高效反滲透濃水作為物料進入到蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)之后，將其存儲在蒸發(fā)器給水罐中，然后預(yù)熱器和系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸餾水換熱會將其溫度提升，在經(jīng)過處理之后溫度會提升到90 ℃。在溫度提升之后進入到脫氣器，然后采用一定的方式通過處理之后去除二氧化碳、氧氣和不凝氣等物質(zhì)，其主要目的在于防止設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的情況，對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。然后在經(jīng)過處理之后的廢水進入到蒸發(fā)器的本體內(nèi)進行蒸發(fā)處理，在經(jīng)過蒸發(fā)處理之后需要對其進行降溫處理，在降溫處理之后添加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至堿性，這樣就能夠?qū)⑺械陌钡x子進行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為氨氣排放，然后水體進入到活性炭過濾器，將水中含有的各種有機物去除。在進行活性炭過濾之前需要將水體得到pH值調(diào)節(jié)到中性。經(jīng)過活性炭處理之后的水體進入到除氨單元進行處理，在處理中通過離子交換等方式去除水體中殘留的氨，將得到的處理水作為回收水進行再次利用。

通過控制氫氧化鈉的含量，將蒸發(fā)器本體的pH控制在11左右，同時為了消除泡沫需要根據(jù)實際情況加入一定量的泡沫劑。在實際的操作中需要維持合適的濃度，因此這就需要定期排放濃鹽液至結(jié)晶器給料箱。

強制循環(huán)換熱器的熱源蒸汽換熱后變?yōu)槔淠?，然后需要對其進行回收處理。在消除泡沫之后，將其濃度控制在合理的范圍之內(nèi)之后開始進行行離心脫水，通過脫水處理之后得出固體的雜鹽，分離水回到結(jié)晶器給料箱進行循環(huán)處理。

圖1 蒸發(fā)結(jié)晶裝置工藝流程

在蒸發(fā)結(jié)晶處理過程中會產(chǎn)生大量的蒸餾水，再對其進行換熱降溫之后進行后續(xù)的處理和操作。通過加入氫氧化鈉來將蒸餾水的pH值控制在11。采用空氣吹脫的方式將游離氨吹脫出來，同時在這一過程中也能夠?qū)⒋蟛糠值膿]發(fā)性物有機物質(zhì)脫離開來。采用泵將吹脫后的蒸餾水泵入活性炭過濾單元和離子交換樹脂除氨單元。通過以上一系列的操作能夠降低和減少活性炭過濾單元的負荷，進一步提升活性炭過濾的效果和作用，從而能夠從很大程度上延長了再生周期。通過蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)得出的蒸餾水就能夠達到相應(yīng)的處理要求和處理標(biāo)準(zhǔn)。通過離子交換除氨單元進行處理之后得出的廢水中存在大量的銨離子，這就需要采用較低的電耗和藥耗將其去除。通過以上這些方法的操作能提升對廢水和污水的處理效果。

6 裝置實際運行情況

6.1 各工藝單元處理效果

從2016年8月份開始，該裝置在投入運行之后，在實際的處理和操作過程中一直都處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。通過長期的運營得出各個指標(biāo)均達到了要求。裝置運行的工藝參數(shù)具體其概況如表2所示。而在裝置運行中的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)和實際運行數(shù)據(jù)分別如表2和表3所示。

6.2 裝置運行情況總結(jié)

裝置在投入運行之后，通過一段時間的運行和觀察可以得出整個裝置系統(tǒng)的運行相對較為穩(wěn)定。具體來講裝置的運行情況總結(jié)包括以下幾個方面。

表2 裝置運行工藝控制參數(shù)

表3 產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)

1) 裝置回收率較高，得到的水質(zhì)較高。通過長時間的觀察和統(tǒng)計得出，該裝置實際處理量和實際水產(chǎn)量分別為65 m3/h和60 m3/h，裝置在運行中得到的水回收率為90%以上，同時整個水質(zhì)較為穩(wěn)定，完全能夠達到既定的目標(biāo)和要求。

2) 系統(tǒng)在運行期間基本不會出現(xiàn)結(jié)垢和污堵的問題，系統(tǒng)的運行較為穩(wěn)定。在處理過程中采用非晶種法蒸發(fā)能夠提升處理效率，同時方便操作。在對裝進行拆檢的過程中發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)部存在一定量的懸浮沉淀物，在對這些沉淀物進行處理時只需要通過清水清洗即可。

3) 藥劑投加量少。采用非晶種法在運行時只需要添加少量的藥劑就能夠?qū)崿F(xiàn)處理目的，能夠在很大程度上降低整個運行的成本[3]。自從裝置投入運行之后，已經(jīng)完成了對50萬t工業(yè)廢水的處理，通過對廢水的處理總共得到46萬t的優(yōu)質(zhì)再生水?？梢詫⒌玫降膬?yōu)質(zhì)再生水補充道循環(huán)系統(tǒng)中，大大降低了涌水量和排污量。通過該系統(tǒng)的運行能夠節(jié)省95%左右的檢修費用。

7 結(jié)語

1) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運用具有多方面的優(yōu)點和優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在操作簡單、運行穩(wěn)定、投資較低、能耗低等多方面的優(yōu)點。

2) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運用在解決當(dāng)前問題的同時能夠為后續(xù)處理創(chuàng)造各種有利的條件，是目前使用最為廣泛的一種方法和技術(shù)。

3) 非晶種法蒸發(fā)技術(shù)的運用也存在一定的限制性條件，并不是在任何的情況下都能夠采用這一方法進行處理。例如如果需要處理的水體中強度和堿度過高就無法采用這種方法進行處理。在這種情況下需要進行進一步的處理才能夠采用這一方法和技術(shù)。