高盐水处理工艺及装置设计

1、作者作者一、高盐污水现状一、高盐污水现状二、高盐污水处理工艺二、高盐污水处理工艺三、高盐污水处理装置设计三、高盐污水处理装置设计四、其他因素分析四、其他因素分析五、五、总结总结高盐污水处理工艺 广义上来讲，高盐污水是指总含盐（以广义上来讲，高盐污水是指总含盐（以NaClNaCl为标准为标准) )质量分数大于质量分数大于1%1%的污水。的污水。 2 2 高盐污水的来源及特点高盐污水的来源及特点 高盐污水多含有高盐污水多含有NaClNaCl、NaSONaSO4 4 、CaSOCaSO4 4 等盐类物质，其等盐类物质，其主要来源于化工厂，石油和天然气的采集加工以及煤化工主要来源于化工厂，石油和天然气

2、的采集加工以及煤化工等行业。等行业。 高盐污水由于来源不同，所含的有机物盐类物质浓的高盐污水由于来源不同，所含的有机物盐类物质浓的种类较多，化学性质差异较大。所以在处理时要根据其特种类较多，化学性质差异较大。所以在处理时要根据其特点选择合适的处理工艺。点选择合适的处理工艺。 一、一、高盐污水高盐污水现状现状1 1 什么是高盐污水什么是高盐污水 根据各行业产生的高盐污水特点和处理要根据各行业产生的高盐污水特点和处理要求，现阶段通常采用的高盐污水处理工艺有离子求，现阶段通常采用的高盐污水处理工艺有离子交换、膜分离、热蒸发和生物处理以及两种处理交换、膜分离、热蒸发和生物处理以及两种处理技术形成的组合

3、工艺等。技术形成的组合工艺等。 二二、高盐污水处理工艺高盐污水处理工艺2.12.1离子交换技术离子交换技术 离子交换是借助于固体离子交换剂中离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换。这种的离子与稀溶液中的离子进行交换。这种交换是一个单元操作过程，在这个过程中交换是一个单元操作过程，在这个过程中主要是溶液中的离子与不溶性聚合物中的主要是溶液中的离子与不溶性聚合物中的反离子之间的交换反应。反离子之间的交换反应。 这种工艺的主要问题是废水中的固体悬浮这种工艺的主要问题是废水中的固体悬浮物会堵塞树脂而失去效果，离子交换树脂物会堵塞树脂而失去效果，离子交换树脂的再生成本高昂且交换下

4、来的废弃物很难的再生成本高昂且交换下来的废弃物很难处理处理。离子交换示意图：离子交换示意图：2.22.2膜分离技术膜分离技术l膜分离技术是利用膜对混合物中各组分选膜分离技术是利用膜对混合物中各组分选择透过性能的差异来分离、提纯和浓缩目择透过性能的差异来分离、提纯和浓缩目标物质的分离技术。标物质的分离技术。l膜分离技术发展迅速，种类繁多，目前常膜分离技术发展迅速，种类繁多，目前常用的膜分离技术有超滤、微滤、电渗析以用的膜分离技术有超滤、微滤、电渗析以及反渗透及反渗透。2.2.12.2.1超滤、微滤膜分离技术超滤、微滤膜分离技术 超滤、微滤主要用于气、液相微粒、超滤、微滤主要用于气、液相微粒、细菌

5、以及其他污染物的截留去除，细菌以及其他污染物的截留去除， 最最小截留分子量可达小截留分子量可达 801000Dal。 超滤、微滤超滤、微滤对标准有机物和对标准有机物和 NaCl，MgSO4 ，CaCl2等等溶液的截留率最高可达溶液的截留率最高可达 90%，可以有效去除悬浮物和胶体等相，可以有效去除悬浮物和胶体等相对较大的颗粒物。对较大的颗粒物。2.2.2.22.2超滤、微滤膜分离技术超滤、微滤膜分离技术 但超滤、微滤膜分离技术的脱盐效果并不但超滤、微滤膜分离技术的脱盐效果并不理想，其一般只作为料液的澄清、保安过滤理想，其一般只作为料液的澄清、保安过滤、空气除菌、大分子有机物的分离与纯化等、空气

6、除菌、大分子有机物的分离与纯化等。2 2. .3 3电渗析与反渗透膜分离技术电渗析与反渗透膜分离技术(1)(1)电渗析是在直流电的作用下，带电离电渗析是在直流电的作用下，带电离子透过离子交换膜定向迁移，从水溶液子透过离子交换膜定向迁移，从水溶液中分离出来，达到提纯的目的。中分离出来，达到提纯的目的。 (2)(2)反渗透膜是指在压力的推动下，借助反渗透膜是指在压力的推动下，借助半透膜的截留作用，从溶液中分离出离半透膜的截留作用，从溶液中分离出离子，达到提纯的目的。子，达到提纯的目的。2.2.3.13.1电渗析技术电渗析技术(1)(1)目前水回收率最高的倒极式电渗析技目前水回收率最高的倒极式电渗析

7、技术是利用自动频繁倒换电极的方式，有术是利用自动频繁倒换电极的方式，有效解决了装置持续、稳定运行与频繁结效解决了装置持续、稳定运行与频繁结垢的问题垢的问题。 (2)(2)由于倒极式电渗析技术电耗大、处理由于倒极式电渗析技术电耗大、处理成本高、操作经验不足、回用水率普遍成本高、操作经验不足、回用水率普遍不高等原因，目前已逐渐被具有节能、不高等原因，目前已逐渐被具有节能、处理成本低、规模大、技术成熟等特点处理成本低、规模大、技术成熟等特点的反渗透膜分离技术所取代的反渗透膜分离技术所取代。2.2.3.13.1常见电渗析技术常见电渗析技术1 1 填充床电渗析（填充床电渗析（EDI）2 2 倒极电渗析（

8、倒极电渗析（EDR)3 3 液膜电渗析（液膜电渗析（EDLM)4 4 双极性膜电渗析（双极性膜电渗析（EDMB)5 5 无隔板电渗析无隔板电渗析6 6 高温电渗析高温电渗析7 7 无极水电渗析无极水电渗析8 8 离子膜电解离子膜电解2.2.3.23.2反渗透膜技术反渗透膜技术(1)(1)反渗透膜技术使反渗透膜技术使RO 在在PH 较高的条件较高的条件下，通过两级软化、脱气处理去除了硬下，通过两级软化、脱气处理去除了硬度和二氧化碳，提高了硅的结垢极限，度和二氧化碳，提高了硅的结垢极限，有效控制了生物和有机物的污堵，并大有效控制了生物和有机物的污堵，并大大提高了废水回用率（大提高了废水回用率（90

9、%） 。 (2)(2)反渗透膜分离技术也存在着亟待需要反渗透膜分离技术也存在着亟待需要解决的膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命解决的膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命短等问题，尤其是当给水短等问题，尤其是当给水TDS 高于高于6000mg/l 时，其脱盐率会急剧下降时，其脱盐率会急剧下降 。 2.2.3.3.3 3 膜分离技术缺点膜分离技术缺点 膜膜分离分离技术的缺点是若废水中有机物浓度高时，技术的缺点是若废水中有机物浓度高时，膜易被污染，从而导致操作过程难以正常运转。膜易被污染，从而导致操作过程难以正常运转。况且吨级废水进行膜处理成本高，企业难以承受况且吨级废水进行膜处理成本高，企业难以承受。2.2.4

10、 4 热蒸发技术热蒸发技术1 1 蒸发工艺是现代化工单元操作方法之一即蒸发工艺是现代化工单元操作方法之一即用加热的方法，使溶液中的部分溶剂汽化并用加热的方法，使溶液中的部分溶剂汽化并得以去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析得以去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析出创造条件出创造条件2 2 热蒸发技术主要针对含盐量质量分数在热蒸发技术主要针对含盐量质量分数在 4%左右（盐以左右（盐以NaCl为标准）左右或更高浓度的为标准）左右或更高浓度的含盐废水进行蒸发浓缩的工艺。含盐废水进行蒸发浓缩的工艺。 热蒸发技术的热蒸发技术的特点主要表现在特点主要表现在以下几以下几1 1 一般使用物理方法进行蒸发浓缩，有时

11、可一般使用物理方法进行蒸发浓缩，有时可见化学法（见化学法（ 焚烧、高级氧化等）焚烧、高级氧化等）2 2 废水处理量普遍不大，有的甚至很小废水处理量普遍不大，有的甚至很小3 3 处理成本和能耗普遍较高处理成本和能耗普遍较高4 4 固废产生量大，成分复杂，无法有效回收固废产生量大，成分复杂，无法有效回收再利用等。再利用等。2.2.4.14.1热蒸发技术分类热蒸发技术分类目前常见的热蒸发技术主要有以下几种目前常见的热蒸发技术主要有以下几种：1 1 多效蒸发技术多效蒸发技术（MED)2 2 机械压缩再蒸发机械压缩再蒸发(MVR)3 3 膜蒸馏等技术膜蒸馏等技术(MD)4 4 多级闪蒸技术多级闪蒸技术(

12、MSF)1 1. .多效热蒸发技术多效热蒸发技术(1)(1)多效蒸发是让加热后的盐水在多个串多效蒸发是让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源并冷出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源并冷凝成为淡水。凝成为淡水。 (2)(2)在污水处理上，多效蒸发主要适用于在污水处理上，多效蒸发主要适用于高盐份、高有机物含量废水的单独处理高盐份、高有机物含量废水的单独处理，同时配合膜技术实现全范围的，同时配合膜技术实现全范围的“ 零排零排放放”工艺。工艺。 1 1 污水污水经过热解后，难降解有机物结构被改变，可生经过热解后，难降解有机物结

13、构被改变，可生化性大大提高，降低后续处理工艺负荷；化性大大提高，降低后续处理工艺负荷；2 2 污水水与盐分分离比较彻底，冷凝后的冷却液含盐污水水与盐分分离比较彻底，冷凝后的冷却液含盐量降低到对微生物不会产生抑制作用的程度；量降低到对微生物不会产生抑制作用的程度；3 3 盐结晶后可以回收利用或者直接出售，回收成本，盐结晶后可以回收利用或者直接出售，回收成本，提高资源利用率；提高资源利用率；4 4 蒸汽中的热量多次重复利用，减少蒸汽用量，降低蒸汽中的热量多次重复利用，减少蒸汽用量，降低处理成本；处理成本；5 5 多效蒸发脱盐可实现全过程自动化运行，调试完成多效蒸发脱盐可实现全过程自动化运行，调试完

14、成后，运行管理难度小、运行效果稳定，效率更高。后，运行管理难度小、运行效果稳定，效率更高。 多效热蒸发技术特点多效热蒸发技术特点E-1E-2E-3E-4E-5P-2P-3P-4P-6E-6E-7P-8P-9P-11P-12P-13P-14P-15P-17E-8P-20P-21I-1I-2I-3P-23E-9E-10P-25E-12P-27P-22P-29P-30P-31P-32P-33P-35P-36I-4P-39P-402 2. .机械压缩再蒸发技术机械压缩再蒸发技术 利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽，生的二次蒸汽， 提高二次蒸汽的热焓，并将提

15、高二次蒸汽的热焓，并将二次蒸汽导入原蒸发系统作为热源循环使用二次蒸汽导入原蒸发系统作为热源循环使用.该技术大幅度降低了蒸发器生蒸汽的消耗量该技术大幅度降低了蒸发器生蒸汽的消耗量， 补充的生蒸汽也仅用于系统热损失和进出补充的生蒸汽也仅用于系统热损失和进出料温差所需热焓的补充，节能效果相当于十料温差所需热焓的补充，节能效果相当于十效蒸发系统，是目前国际上应用较为广泛和效蒸发系统，是目前国际上应用较为广泛和先进的蒸发器技术。先进的蒸发器技术。 3.3.膜蒸馏（膜蒸馏（ MD MD）技术）技术 膜蒸馏是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技膜蒸馏是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术，即通过冷、热侧相变过

16、程，实现混合物分离或术，即通过冷、热侧相变过程，实现混合物分离或提纯。与传统蒸馏方法和其他膜分离技术相比，该提纯。与传统蒸馏方法和其他膜分离技术相比，该技术具有运行压力低、运行温度低、分离效率高等技术具有运行压力低、运行温度低、分离效率高等优点，可充分利用太阳能、废热和余热等作为热源优点，可充分利用太阳能、废热和余热等作为热源。 根据膜下游侧冷凝方式的不同，膜蒸馏技术可划根据膜下游侧冷凝方式的不同，膜蒸馏技术可划分为接触式、空气隙式、气扫式和真空膜蒸馏四种分为接触式、空气隙式、气扫式和真空膜蒸馏四种形式形式.近些年来，膜蒸馏技术得到了一定程度的发展近些年来，膜蒸馏技术得到了一定程度的发展，但仍

17、然存在着与膜分离技术相同的问题，如：膜，但仍然存在着与膜分离技术相同的问题，如：膜污染、结垢堵塞等，应用领域还不是很广泛，可商污染、结垢堵塞等，应用领域还不是很广泛，可商业化运行的技术难题仍需进一步解决。业化运行的技术难题仍需进一步解决。 4.4.膜分离与热蒸发组合膜分离与热蒸发组合 随着国家及地方针对煤化工废水排放的环保政策与要求的随着国家及地方针对煤化工废水排放的环保政策与要求的不断深化，高盐水处理的工艺组合技术得到了较快的发展与研不断深化，高盐水处理的工艺组合技术得到了较快的发展与研究，正向多样化、可协同处理的成熟路线稳步发展。究，正向多样化、可协同处理的成熟路线稳步发展。 该组合工该组

18、合工艺最大的优点在于工艺的选择性多，水质适应性好，可根据脱艺最大的优点在于工艺的选择性多，水质适应性好，可根据脱盐规模大小、水质要求、地理气候条件、技术与安全性、投资盐规模大小、水质要求、地理气候条件、技术与安全性、投资来源与管理体制等实际条件形成不同的处理方法。该工艺主要来源与管理体制等实际条件形成不同的处理方法。该工艺主要采用了石灰石软化、超滤、反渗透、热蒸发组合技术。采用了石灰石软化、超滤、反渗透、热蒸发组合技术。 其中，其中，石灰石软化预处理工艺增加了石灰石软化预处理工艺增加了 PAM 加药系统、高效沉淀器、中加药系统、高效沉淀器、中和池及二次过滤系统，可进一步提高析出盐分的絮凝、沉降

19、与和池及二次过滤系统，可进一步提高析出盐分的絮凝、沉降与分离，并具有一定程度的分离，并具有一定程度的 CODcr 去除能力。去除能力。 超滤与反渗透的工超滤与反渗透的工艺组合是目前普遍采用的除盐技术，处理效果明显，运行较为艺组合是目前普遍采用的除盐技术，处理效果明显，运行较为稳定，适用于稳定，适用于 TDS6000mg/l 的含盐废水的再处理、再利用，的含盐废水的再处理、再利用，回用水率可达回用水率可达 70%以上，膜使用寿命可达以上，膜使用寿命可达 3 年。年。 外排的浓盐水外排的浓盐水可通过可通过 DM（ 蝶式振动膜）装置进行回收再利用，其最大优势蝶式振动膜）装置进行回收再利用，其最大优势

20、在于膜污染控制效果好、水质适应性强、能耗较低，污水回收在于膜污染控制效果好、水质适应性强、能耗较低，污水回收率最高可达率最高可达 85%以上，以上， 并同时设置了机械压缩再蒸发系统盐分并同时设置了机械压缩再蒸发系统盐分离器，离器， 使盐水得以完全分离，达到使盐水得以完全分离，达到“ 近零排放近零排放”的处理需求。的处理需求。 2.5 2.5 生物处理工艺生物处理工艺 废水的生物处理是指利用自然界广泛存在的大量微废水的生物处理是指利用自然界广泛存在的大量微生物氧化、分解、吸附废水中有机物从而净化废水生物氧化、分解、吸附废水中有机物从而净化废水的方法。生物降解不仅能氧化分解一般的有机物并的方法。生

21、物降解不仅能氧化分解一般的有机物并将其转化为稳定的无机物，而且还具有转化有毒有将其转化为稳定的无机物，而且还具有转化有毒有害有机污染物的能力，是有机化合物在自然界中去害有机污染物的能力，是有机化合物在自然界中去除和再循环的重要途径和方式除和再循环的重要途径和方式.微生物用于降解、转微生物用于降解、转化物质有如下优势化物质有如下优势:个体小，比表面积大，代谢速率个体小，比表面积大，代谢速率块块; 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样种类繁多，分布广泛，代谢类型多样; 降解酶专降解酶专一性强，且很多酶是在污染物的诱导下产生的一性强，且很多酶是在污染物的诱导下产生的; 微生微生物繁殖快，易变异，适应性强

22、等。这些特点使得微物繁殖快，易变异，适应性强等。这些特点使得微生物在降解、转化物质方面有着巨大的潜力，因此生物在降解、转化物质方面有着巨大的潜力，因此生物技术成为了研究重点，被国内外研究者广泛应生物技术成为了研究重点，被国内外研究者广泛应用于高盐有机废水处理工艺之中，并取得了很大的用于高盐有机废水处理工艺之中，并取得了很大的研究进展。研究进展。 三三、高盐污水处理装置设计高盐污水处理装置设计3.3.1 1 高盐污水处理的主要问题高盐污水处理的主要问题 现阶段高盐污水处理较以往取得了很大的进步，但仍然现阶段高盐污水处理较以往取得了很大的进步，但仍然存在着以下几个方面的问题：存在着以下几个方面的问

23、题：1 1 膜及蒸发系统污堵与腐蚀问题的解决。膜及蒸发系统污堵与腐蚀问题的解决。 引起膜及蒸发系统污堵和腐蚀的主要原因是胶体物质、微引起膜及蒸发系统污堵和腐蚀的主要原因是胶体物质、微生物及无机盐分别在膜表面进行沉积、生长、结晶以及高浓度生物及无机盐分别在膜表面进行沉积、生长、结晶以及高浓度氯离子和低氯离子和低 PH PH 值水质所致。值水质所致。 虽然目前也采取了一些控制手虽然目前也采取了一些控制手段，但从根本上解决此类问题的方法还不成熟，绝大部分尚处段，但从根本上解决此类问题的方法还不成熟，绝大部分尚处于研究阶段。于研究阶段。2 2 技术应用生产成本的控制。技术应用生产成本的控制。 不论是膜

24、分离技术还是热不论是膜分离技术还是热蒸发技术，都存在着高投入、高消耗、高能耗的突出问题蒸发技术，都存在着高投入、高消耗、高能耗的突出问题，高盐水处理的经济代价是巨大的。可以简单地说：目前，高盐水处理的经济代价是巨大的。可以简单地说：目前解决高盐水排放的方法主要是以较多的能源消耗换取污染解决高盐水排放的方法主要是以较多的能源消耗换取污染物的减排。物的减排。 因此，使高盐水处理系统能够真正运行下去因此，使高盐水处理系统能够真正运行下去，必须考虑其运行成本。，必须考虑其运行成本。 据有关资料显示，因其盐分高据有关资料显示，因其盐分高低等特点，处理低等特点，处理 1m3高盐水的综合成本约在高盐水的综合

25、成本约在 520 元不等元不等。3 3 固体废弃物固体废弃物“ 三化三化”（ 减量化、资源化、无害化）问减量化、资源化、无害化）问题的解决。题的解决。 高盐水的高盐水的“ 零排放零排放”只是把溶解在废水中的只是把溶解在废水中的污染物进一步进行了浓缩，并以固体的形式从系统中转化污染物进一步进行了浓缩，并以固体的形式从系统中转化出来。整个工艺过程中，污染物并没有得到减量化处理，出来。整个工艺过程中，污染物并没有得到减量化处理，而是把污染物从一种形态转化为另一种形态。而是把污染物从一种形态转化为另一种形态。 由于盐分由于盐分的复杂性，分离较为困难，产生的固体废弃物的危险特性的复杂性，分离较为困难，产

26、生的固体废弃物的危险特性也尚无明确论证，处置方法不当，将会造成二次污染，这也尚无明确论证，处置方法不当，将会造成二次污染，这些问题仍需进一步进行确认。些问题仍需进一步进行确认。 本次设计的以本次设计的以?%NaCl?%NaCl污水为例，污水的污水为例，污水的PHPH值约值约为为6 68 8，污水，污水CODCOD为为?ppm?ppm。处理量约为处理量约为 t/h. t/h.根据根据高盐污水的特性，工艺设计按照多效蒸发器进行高盐污水的特性，工艺设计按照多效蒸发器进行改良设计，效数为四，即四效蒸发器改良装置。改良设计，效数为四，即四效蒸发器改良装置。 3.2 3.2 处理对象及工艺处理对象及工艺3

27、.3 3.3 处理效果处理效果3.4 3.4 处理成本处理成本3.5 3.5 高盐污水处理装置设计高盐污水处理装置设计 3.5 3.5.1 .1 装置的机构设计装置的机构设计 蒸发量蒸发量Q=？kg / h（每小时蒸发水分（每小时蒸发水分300kg） 实际蒸气耗量实际蒸气耗量Q=？kg/h（进气压力（进气压力0.30.4MPa） 一效蒸发器换热面积一效蒸发器换热面积S=m2，真空度，真空度P=-MPa 二效蒸发器换热面积二效蒸发器换热面积S=m2，真空度，真空度P=-MPa 三效蒸发器换热面积三效蒸发器换热面积S=m2，真空度，真空度P=-MPa 四四效蒸发器换热面积效蒸发器换热面积S=m2，真空度，真空度P=-MPa 循环冷却水耗量循环冷却水耗量Q=？t/h；冷凝冷却面积；冷凝冷却面积A=m2 机组总机组总 功率功率P=？kW；机组占地面积为长；机组占地面积为长m宽宽m高高m。3.5.2 3.5.2 装置的控制部分设计装置的控制部分设计3.5.3 3.5.3 处理装置的防腐处理装置的防腐 整套装置在运行过程中长时间与腐蚀性溶液接触，腐整套装置在运行过程中长时间与腐蚀性溶液接触，腐蚀情况较严重。所以在设计多效蒸发器改良装置时，应尽蚀情况较严重。所以在设计多效蒸发器改良装置时，应尽可能的选用耐腐蚀耐高温材料，