高含鹽工業(yè)廢水蒸發(fā)結晶工藝
高含鹽廢水是指含溶解固體TDS（Total Dissolved Solid）和有機物的質量分數(shù)大于等于3.5％的廢水，包括高鹽生活廢水和高鹽工業(yè)廢水。主要來源于直接利用海水的工業(yè)生產、生活污水和食品加工廠、制藥廠、化工廠及石油和天然氣的采集加工等。這些廢水中除了含有有機污染物外，還含有大量的無機鹽，如Cr、SO42- .Na+、Ca2+等離子。這些高鹽、高有機物廢水，若未經處理直接排放，勢必會對水體生物、生活飲用水和工農業(yè)生產用水產生極大危害。該類濃廢水的共同特點是：不能簡單地用生化處理，且物化處理過程較復雜，處理費用較高，是污水處理行業(yè)*的高難度處理廢水。
關于高含鹽廢水的處理技術，國內外已經研究了幾十年，目前通常采用的主要方法包括：生物法，SBR工藝法和蒸發(fā)脫鹽法等。蒸發(fā)是現(xiàn)代化工單元操作之一，即用加熱的方法使溶液中的部分溶劑汽化并去除，以提高溶液的濃度，或為溶質析出創(chuàng)造條件。蒸發(fā)脫鹽法是利用濃縮結晶系統(tǒng)將廢液中的無機鹽通過蒸發(fā)的方式加以去除的方法。
現(xiàn)代常用蒸發(fā)器介紹
2.1升膜蒸發(fā)器
把預熱到飽和溫度的料液送入到加熱室的底部，料液沿加熱管上升時，其溫度因加熱而上升。到管長約為一半處開始汽化，汽化后的蒸汽集中在加熱管的芯部，以較高的上升汽速，攜帶溶液沿管壁呈膜狀上升，故叫升膜蒸發(fā)器。膜狀流中液體湍動激烈，傳熱速率很高。但這種被高速汽芯帶動的升膜流動必須在較強的沸騰條件下才能進行，所以要求有較大的傳熱溫差。這種蒸發(fā)器要求控制較嚴，加料量，預熱溫度及加熱蒸汽壓的波動都將影響成膜的穩(wěn)定。
2.2 降膜蒸發(fā)器
降膜蒸發(fā)器，料液從頂部加入到分布器，把料液均勻的分配到每根加熱管中，并使其呈膜狀沿管內壁向下流動，液膜受到從管壁傳入的熱量而蒸發(fā)汽化。當傳熱溫差不大時，汽化是在強烈擾動著的膜的內表面發(fā)生的，而不是在加熱管與液膜的界面發(fā)生。因此不易結垢，產生的蒸汽與液膜并流向下。由于汽化表面很大，蒸汽的霧沫夾帶量很小。由于料液在管內壁成膜狀流動，不充滿管子的整個界面，所以通過的料液量可以很少。為保證均布，液膜在流動時不集結而形成缺液表面，還有一個zui小的濕潤流率。
2.3 強制循環(huán)蒸發(fā)器
在自然循環(huán)蒸發(fā)器中，液體通過加熱元件的循環(huán)流速，隨熱負荷增大而增加，當傳熱溫差太小時，傳熱負荷減小，循環(huán)流速下降，而且還不穩(wěn)定。用泵輸送液體，迫使液體以較高流速流過加熱元件，使流動與傳熱、汽液分離等功能分開。所以強制循環(huán)蒸發(fā)器的適應性較強。但強制循環(huán)系統(tǒng)的造價較貴，并增加運轉與維護的費用，所以要在全面權衡利弊之后，經過經濟衡算，才能做出抉擇。
液體在加熱管內的循環(huán)流速通常在1.2-3.0m/s范圍之內（當懸浮液中晶粒多，所用管材硬度低，液體粘度較大時，選用低值），過高的流速將耗費過多的能量，且增加系統(tǒng)的磨損。
加熱元件可以是立式單程加熱或立式雙程加熱，也可以是臥式雙程加熱。后者的設備總高較小，但管子不易清洗，且容易被晶粒磨損。為抑制加熱區(qū)的汽化，可采用立式長管蒸發(fā)器的辦法，在加熱之上保持一定液面高度，或采用出口節(jié)流的辦法。
2.4刮膜（板）蒸發(fā)器
對于高含鹽工業(yè)廢水的蒸發(fā)，由于溶劑汽化形成飽和溶液，會有結晶析出，依據(jù)不同物料溶解度隨溫度的變化分為蒸發(fā)結晶和降溫結晶兩種類型。結晶沉積在加熱表面，阻礙傳熱，一般要采用管外沸騰型蒸發(fā)器，如強制循環(huán)式、長管帶專設沸騰區(qū)的和多級閃蒸等形式。一方面在加熱區(qū)擬制沸騰的發(fā)生，另一方面加大循環(huán)流速以沖刷已沉積的鹽垢。一般認為升膜不能用于飽和溶液的蒸發(fā)，降膜在蒸發(fā)量大時也可以用于有一定晶體析出的溶液。在高含鹽工業(yè)廢水處理過程中，通常將蒸發(fā)和結晶工藝聯(lián)合起來，使得其中的鹽分析出以產品形式從系統(tǒng)內分離出來，而剩余溶液將可以達到排放標準。
3常用結晶設備介紹
結晶器的種類繁多，有許多形式的結晶器于某一種結晶方法，但更有許多重要形式的結晶器，如DTB、DP、Oslo型等等又通用于各種不同的結晶方法。
3.1 Oslo型結晶器
由懸浮器、冷卻器、循環(huán)泵組成。冷卻器一般為單程列管式冷卻器。熱濃的料液在循環(huán)泵前加入，與循環(huán)母液混合后一起經過冷卻器冷卻而產生過飽和度，操作要點在于要使這個過飽和度在介穩(wěn)區(qū)內以避免自發(fā)成核。產品懸浮液由結晶器底部引出。
適用于氯化銨、醋酸鈉、*、硝酸鉀、*、硫酸銅、*、硫酸鎳等物料的結晶操作。
3.2 DTB型結晶器
DTB型結晶器能生產較大的顆粒，生產強度較高，器內不易結疤。它已成為連續(xù)結晶器的主要形式之一，可用于真空冷卻法、蒸發(fā)法、直接接觸冷凍法及反應法的結晶操作。
它的中部有一導流筒，在四周有一圓筒形擋板。在導流筒內接近下端處有螺旋槳（也可以看作內循環(huán)軸流泵），以較低的轉速旋轉。懸浮液在螺旋槳的推動下，在筒內上升至液體表層，然后轉向下方，沿導流筒與擋板之間的環(huán)形通道流至器底，又被吸入導流筒的下端，如此循環(huán)不已，形成接近良好混合的條件。圓筒形擋板將結晶器分割為晶體生長區(qū)和澄清區(qū)。擋板與器壁間的環(huán)隙為澄清區(qū)，其中攪拌的影響實際上已消失，使晶體得以從母液中沉降分離，只有過量的微晶可隨母液在澄清區(qū)的頂部排出器外，從而實現(xiàn)對微晶量的控制。結晶器的上部為汽液分離空間用于防止霧沫夾帶。熱的濃物料加至導流筒的下方，晶漿由結晶器的底部排出。
3.3 DP結晶器
DP結晶器是新型的結晶器，它是與DTB型結晶器在構造上很相近，DTP型結晶器只在導流筒內安裝螺旋槳，向上推送循環(huán)液，而DP型則在導流筒外側的環(huán)隙中也設置了一組螺旋槳葉，它們的安裝方位與導流筒內的葉片相反，可向下推送環(huán)隙中的循環(huán)液。這種結晶器可在很大程度上降低二次成核速率，由于過量的晶核生產速率大為減少，使晶體產品的平均粒度增大，換句話說，在規(guī)定的產品粒度條件下，晶體在器內的平均停留時間可以減少，從而達到提高生產能力的效果。
這種結晶器還具有循環(huán)阻力低、流動均勻的特點，并能很容易使密度較大的固體粒子懸浮。它的缺點是大螺旋槳的制造比較困難。
DP型結晶器和DTB型一樣，也可使用各種不同的結晶方法。
4 高含鹽工業(yè)廢水處理中存在的困難
近年來隨著國家節(jié)能降耗與環(huán)保政策日趨嚴格，原來直接排放或稀釋排放的含鹽廢水（廢料）因為沒有好的的處理方法，也希望通過多效蒸發(fā)技術將鹽與廢水分離，滿足環(huán)保要求。與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)技術相比，含鹽廢水（廢料）多效蒸發(fā)技術的設計與應用面臨著諸多問題。
通過實際運行發(fā)現(xiàn)，盡管三效蒸發(fā)器可以有效處理高含鹽廢水，但是還存在一些問題需要進一步克服，主要表現(xiàn)在：
- 廢水處理成本高
由于被處理的廢水多有腐蝕性，所以設備的選材需要考慮抗腐蝕性，成本較高。高含鹽廢水（廢料）大都是合成過程中產生的綜合廢水廢料，是多種鹽類、有機物、低聚物與水的混合體，其中的鹽主要是生成產物或酸鹽平衡的結果，很多情況下這些廢水（廢料）中還含有氯、溴、碘等催化劑或催劑殘留物
（2）研究對象物性數(shù)據(jù)缺失問題
目前絕大多數(shù)采用多效蒸發(fā)處理的含鹽廢水（廢料）由于產物組成復雜（既有多種類無機鹽，又有有機物，同時還有少量低聚物等），基本上每一個對象的組成都不一樣，沒有現(xiàn)成的物性數(shù)據(jù)，設計多效蒸發(fā)工藝流程與操作工況時，往往按廢水（廢料）中zui大濃度的鹽類物性數(shù)據(jù)為依據(jù)。這樣的工藝流程由于數(shù)據(jù)的偏差，不僅增加生蒸汽消耗，而且很多情況下只能得到氣相與固液混合物兩種蒸發(fā)產物，這與采用多效蒸發(fā)單元操作的初衷*背離。
5 應對措施及特色優(yōu)勢
雖然多效蒸發(fā)技術是一種簡單的單元操作過程，但由于其能耗高、應用范圍廣，特別是隨著含鹽廢水（廢料）日益采用多效蒸發(fā)技術，產生的問題也越來越多。針對這些問題，我們必須明確不是所有含鹽廢水（廢料）都適合于多效蒸發(fā)技術。其次，采用多效蒸發(fā)技術必須考慮到成本因素，而這些成本不僅包括設備費用和蒸汽費用，還同時包括設備腐蝕費用，操作不當產生的廢液與固體廢棄物處理費用等。zui后，說明針對每一個具體的含鹽廢水（廢料）,如果采用多效蒸發(fā)技術，必須有針對性地設計工藝路線和設備，不能照搬成熟工藝。下面具體談談如何確定多效蒸發(fā)的工藝路線。
5.1 通過小試研究含鹽廢水特性
針對一個具體的含鹽廢水（廢料），如果想采用多效蒸發(fā)工藝處理，首先應該在實驗室小試裝置中研究該物料是否適合采用多效蒸發(fā)工藝。一個基本原則就是多效蒸發(fā)工藝zui終的產品應該是水蒸汽（含揮發(fā)性有機物），液相產物（不揮發(fā)性有機物）和固相產物（結晶鹽）其中的結晶鹽類可以作為產品使用。如果不能析出結晶鹽，采用多效蒸發(fā)的意義就不大。如果確認該含鹽含鹽廢水（廢料）可以采用多效蒸發(fā)工藝，就在同一裝置上研究在一定壓力、溫度、濃度下濃度-壓力-沸點相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，得到相應的數(shù)據(jù)，由濃度-壓力-沸點相關聯(lián)的數(shù)據(jù)可以通過控制系統(tǒng)壓力，從而控制混合物的沸點來分離混合物，以便達到的分離與節(jié)能效果。其目的主要是研究含鹽廢水（廢料）蒸發(fā)的可行性與測定溶解度數(shù)據(jù)。
5.2
