高鹽廢水主流處理工藝
目前在工程應(yīng)用中，高鹽廢水處理工藝主要使用MVR技術(shù)與其他一些如去COD、降SS、除硬、脫鹽等工藝方法共同協(xié)作，如微生物法、超濾反滲透膜法及ED（或EDI/EDR等）處理等。本文主要介紹工程中常用的幾種配合MVR和其他技術(shù)的污水處理工藝方案。
傳統(tǒng)污水處理的方法有很多，目前工程實際應(yīng)用效果比較好的方法有機械加速調(diào)節(jié)池法、微生物法、RO膜法、蒸發(fā)結(jié)晶法、電除鹽法等。
其中處理效果相對較好、運行穩(wěn)定的是膜處理方法，但是由于膜產(chǎn)品主要依靠進口，產(chǎn)品自身價格較高，而且與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，其能夠處理的廢水量較少，進行綜合經(jīng)濟分析后可以看出該法處理成本較高；電除鹽主要針對離子本身進行分類，對有機物COD的去除效果并不理想；微生物水處理方法可處理的水量較大，使用場景較為寬泛，但處理效果受環(huán)境因素、水質(zhì)波動、季節(jié)性等因素影響，實際效果一般。
因此，很多高含鹽廢水的處理常使用蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，常用的MVR技術(shù)有多效蒸發(fā)（常用二效、三效、四效）、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（即MVR技術(shù)）、降膜式蒸發(fā)等。由于MVR技術(shù)耗能較低，且經(jīng)過不斷發(fā)展，結(jié)合PLC控制系統(tǒng)及電動閥、氣動閥的配合，目前自動化程度較高，因此有著眾多優(yōu)點的MVR工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高含鹽廢水的處理。
1.生化處理技術(shù)與MVR技術(shù)協(xié)作
首先，傳統(tǒng)式預(yù)處理作為前端方法可去除高含鹽廢水中的SS，接著使用MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)進行鹽分固化，再對蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝水進行曝氣，實現(xiàn)催化氧化，同時利用菌類微生物，如采用一些特殊菌類微生物“吃掉”冷凝液中的有機物，最后通過離心機或板框壓濾實現(xiàn)固液分離的最終目的。
2.酸堿法與MVR技術(shù)協(xié)作
部分高含鹽廢水來水并非中性，為了滿足后續(xù)工藝系統(tǒng)的進水條件，常常設(shè)調(diào)節(jié)池，并采用加酸、加堿法調(diào)節(jié)來水的pH值，然后再采用MVR技術(shù)進行蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生冷凝水和留在蒸發(fā)器中的濃縮母液，后續(xù)針對濃縮母液部分，采取旋液分離器的方法進一步濃縮，剩下無法再濃縮的母液通過離心機等方式提純后形成鹽產(chǎn)品。使用該類方法處理高含鹽廢水可以轉(zhuǎn)化出具有經(jīng)濟價值的鹽產(chǎn)品（一般售賣純度要求較高），且根據(jù)后續(xù)要求還可進一步降低含水率。
3.STRO高壓反滲透膜與MVR技術(shù)協(xié)作
環(huán)保領(lǐng)域水處理公司研發(fā)出了一套高壓反滲透膜STRO配合MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的水處理工藝。前端對廢水進行簡單預(yù)處理后，再經(jīng)過加藥、過濾、吸附等方法去除SS和硬度，然后采用多級反滲透膜，常見工藝是一級反滲透加二級反滲透，產(chǎn)水直接回用。二級反滲透后的濃水濃縮倍率一般在16倍左右，普通反滲透膜已無法進一步濃縮，這時分別用高壓和超高壓STRO膜繼續(xù)濃縮，最終無法再濃縮的廢水進入MVR系統(tǒng)進行蒸發(fā)結(jié)晶。
該工藝的優(yōu)點在于進入MVR系統(tǒng)的鹽分達到最高，MVR的造價和運營費用降到了最低，但多級膜裝置投資費用非常高，這種工藝只適合處理少量廢水。
4.“電除鹽技術(shù)+生化處理技術(shù)”與MVR技術(shù)協(xié)作
由于后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中有機物含量不能太高，因此首先要將有機物與鹽類物質(zhì)做分離處理。廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池后通過粗、細格柵除去大部分的SS，再用電滲析陰陽電極板及選擇性膜片分離水中不同的鹽類物質(zhì)。
電滲析的濃水進入MVR蒸發(fā)結(jié)晶單元，冷凝水回用，濃縮母液使用微生物法后再進入沉淀池進行固液分離。這樣的工藝組合可以大大減少外部生蒸汽的消耗量，降低日常運行費用。
如果只使用常規(guī)微生物法，雖然投資和運行費用相對較低，但處理水量不多且處理效率較低，因為高含鹽水中的鹽分對微生物處理有機物的影響非常大。如果采用“電除鹽技術(shù)+生化處理技術(shù)”與MVR技術(shù)協(xié)作的方式，處理效果會得到顯而易見的提高。
5.反滲透膜法與MVR技術(shù)協(xié)作
首先在調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)高含鹽廢水的pH值，再通過加藥、過濾、吸附等方法去除硬度、SS，接著采用膜濃縮的方式脫鹽，產(chǎn)出的清水達到一般回用標(biāo)準(zhǔn)，然后再集中排放產(chǎn)生的不凝性氣體。
最后，反滲透濃水進入MVR系統(tǒng)進行蒸發(fā)結(jié)晶，達到出料標(biāo)準(zhǔn)的濃縮液（過飽和，已經(jīng)含有部分結(jié)晶物）通過雙級推料離心機產(chǎn)生固體雜質(zhì)。蒸發(fā)過程中產(chǎn)生冷凝水，該部分水質(zhì)較好，可滿足一般回用要求。
6.纖維過濾技術(shù)與MVR技術(shù)協(xié)作
目前國內(nèi)幾大電廠對高含鹽脫硫廢水的處理流程是：首先將石灰、碳酸鈉等藥劑加入脫硫后的高含鹽廢水中進行化學(xué)加藥沉淀，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后，廢水經(jīng)過纖維過濾器被深度過濾，再經(jīng)過保安過濾器后進入倒極電脫鹽（即EDR裝置），EDR裝置產(chǎn)水進入回用水箱，濃水送入MVR裝置中蒸發(fā)結(jié)晶。通過MVR技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品固化，MVR的產(chǎn)品水質(zhì)較好，可直接進入產(chǎn)水箱，作為廠區(qū)回用補水。
MVR技術(shù)實現(xiàn)終端零排放
MVR技術(shù)進入國內(nèi)時已經(jīng)是一種經(jīng)過實踐檢驗的成熟、可靠的工藝，早在上世紀(jì)60年代，歐洲國家（德國、法國等）便已經(jīng)在造紙、制藥、廢水處理、化工、海淡等行業(yè)中進行了工程應(yīng)用，并取得了多次成功。
近年來，由于我國對環(huán)境保護的關(guān)注度越來越高，對高含鹽廢水的處理需求持續(xù)升溫，MVR技術(shù)具有突出的節(jié)能效益，被大量用于終端零排放工藝中，尤其是在具有經(jīng)濟價值的分鹽系統(tǒng)中尤為突出。
MVR主要作用是降低濃縮過程中循環(huán)冷卻水的巨大能耗和二次蒸汽的重復(fù)利用。MVR蒸發(fā)系統(tǒng)核心組成部分有蒸發(fā)器（也叫結(jié)晶器）、換熱器（含主加熱器和預(yù)熱作用的換熱器）、壓縮機（分為羅茨式和離心式）、泵（含循環(huán)泵、冷凝水泵、出料泵等）等，其中機械蒸汽壓縮機是最核心的技術(shù)設(shè)備。
強制循環(huán)蒸發(fā)對預(yù)熱處理過的硫酸鹽、氯化鈉鹽等溶液，進行蒸發(fā)濃縮的過程中會產(chǎn)生二次蒸汽，產(chǎn)生的二次蒸汽不可避免地會帶入部分高含鹽的液珠，跟隨著二次蒸汽上升；這時設(shè)置的捕捉器將起到重要作用，在二次蒸汽通過蒸發(fā)器上部捕捉器時，在捕捉器的分離作用下將二次蒸汽送入機械蒸汽壓縮機，含有鹽分的大液珠則被捕捉下來重新落入蒸發(fā)器中；機械蒸汽壓縮機對剩余的飽和二次蒸汽進行加壓壓縮，從而使蒸汽壓力加大，溫度升高，達到再次利用的要求；二次蒸汽經(jīng)過機械蒸汽壓縮機壓縮后送入換熱器對物料進行換熱升溫，冷凝出來的冷凝水被收集回收利用，這一過程中，二次蒸汽省去了循環(huán)冷卻水冷凝蒸汽的過程，同時能量回收給蒸發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程。
1.蒸汽壓縮機
蒸汽壓縮機是由風(fēng)壓機演變而來，目前市場上的蒸汽壓縮機主要分為羅茨式蒸汽壓縮機（適用于處理小水量）與離心式蒸汽壓縮機（適用于處理大、小水量）。常用的羅茨式蒸汽壓縮機轉(zhuǎn)速一般在980～1 450 rmp之間，離心式壓縮機的轉(zhuǎn)速則相對較高，一般轉(zhuǎn)速都會超過9 000 rmp。
羅茨式蒸汽壓縮機有一個重要缺點，就是一般只適用于處理小水量，這種壓縮機單臺設(shè)備壓縮體積較小，效率較低，因此大流量工程一般都采用離心式蒸汽壓縮機。
羅茨壓縮機內(nèi)部是由兩個轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)來壓縮蒸汽，且轉(zhuǎn)子之間間隙非常小，這就決定了轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不能選擇普通的不銹鋼材質(zhì)（一般不銹鋼的剛度較低），否則轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生黏齒現(xiàn)象。離心式蒸汽壓縮機內(nèi)部接觸蒸汽位置一般采用超級雙相不銹鋼材質(zhì)（2 507或2 205），該種材質(zhì)強度高，抗腐蝕能力強。
2.預(yù)熱器
待蒸發(fā)的溶液在進入蒸發(fā)器之前的一道通常工序是溶液預(yù)熱（一般設(shè)計要求預(yù)熱到蒸發(fā)溫度）。在常規(guī)MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中，一般會分別設(shè)置冷凝水換熱器、真空換熱器、生蒸汽預(yù)熱器，三道換熱門檻分別由系統(tǒng)二次蒸汽冷凝水、系統(tǒng)抽真空不凝氣、外部提供蒸汽作為熱源，其中只有外部蒸汽屬于單獨提供熱源，其他能量都是內(nèi)部能量回收，大大減少了能量的浪費。
3.泵的選擇
在整套MVR系統(tǒng)中，最重要的泵就是起到物料不斷循環(huán)流動作用的強制循環(huán)泵，該泵不僅需要較大的流量，同時需考慮到內(nèi)部會有結(jié)晶物存在的可能性，故一般會選擇軸流泵或混流泵。
這類泵的特點就是流量大，揚程低（一般控制在5～10 m就可滿足需求），而且在不斷蒸發(fā)溶液形成晶粒的過程中，該泵可以最大程度減少對晶體的破壞，這將促進蒸發(fā)結(jié)晶晶粒的形成并不斷擴大，以快速達到出料條件。
冷凝水泵的選擇需滿足冷凝液快速排出的揚程要求，同時在流量設(shè)計時，冷凝液一般停留時間在半小時左右，以保證蒸發(fā)冷凝出的冷凝水能夠快速排出，否則將會導(dǎo)致冷凝水在罐體中停留時間過長，并使蒸發(fā)器傳熱發(fā)生嚴重的抑制作用，導(dǎo)致蒸汽加熱變成了熱水加熱。
換熱介質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別，導(dǎo)致?lián)Q熱器的設(shè)計選型完全錯誤。其他如出料泵、事故泵、噴淋泵等常規(guī)水泵一般選擇化工離心泵，需要注意的是事故泵需要根據(jù)事故池地下或地上結(jié)構(gòu)選擇離心泵或自吸泵，過流部件要求具有抗腐蝕功能，葉輪有一定的強度能夠抵抗細小晶粒。
4.蒸發(fā)器
蒸發(fā)器一般采用列管式換熱器，大管徑換熱可以有效避免結(jié)垢堵塞問題，分為臥式和立式兩種。蒸發(fā)器主要作用是使熱源生蒸汽或壓縮機中出來的二次蒸汽對冷源物料進行加熱。列管式換熱器相比板式換熱器換熱系數(shù)較小，但換熱面積遠大于板式換熱器。
工程實際應(yīng)用中常常使用2套立式列管式換熱器，既降低了換熱管堵塞的風(fēng)險，同時代替了循環(huán)大管道，節(jié)約了工程造價。由于蒸發(fā)器換熱管完全接觸鹽分較高的母液，因此材質(zhì)選擇要求抗腐蝕能力強，一般較多選用雙相鋼或鈦材。
5.分離器
分離器的主要作用是進行汽液分離（二次蒸汽與濃縮母液），在有真空裝置的系統(tǒng)中同時兼有閃蒸罐的作用。分離器直徑選擇應(yīng)考慮蒸發(fā)蒸汽上升流速問題，在滿足二次蒸汽流速的前提下根據(jù)實際蒸汽體積核算分離器的直徑，同時上升高度不僅要滿足蒸汽體積要求，同時需考慮蒸汽帶出的大液珠利用自重掉落的需要，故而分離器的高度分為直筒段高度和錐體高度。
為了更好地快速形成晶種，避免對晶粒造成破壞，常常在分離器的錐底設(shè)置鹽腳，保證鹽晶體顆粒形成后不被循環(huán)作用破壞。
結(jié)語
高含鹽廢水的處置，目前仍是一個難處理的課題，既要在理論上實現(xiàn)全面零排放而不造成更加難處理的危廢，又要考慮實際工程應(yīng)用的經(jīng)濟合理性。這就要求處理過程中的每一段工藝都要精益求精，力求做到最好。
前端預(yù)處理系統(tǒng)將硬度降到最低，能夠擴寬后續(xù)膜處理等濃縮方式的進水承受系數(shù)，提高濃縮倍率，減少最終采用MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)時的投資費用。另外，工作人員還需要在來水時就對各股廢水鹽分進行分析，采用不同的工藝處置而不能混為一談，以更好地實現(xiàn)分鹽，這樣不僅可以降低后續(xù)納濾或冷凍結(jié)晶分離鹽的造價成本，甚至可以帶來經(jīng)濟效益，實現(xiàn)“變廢為寶”。
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