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废水零排放技术早期发展

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废水零排放技术早期发展

发布日期:2021-02-23 作者:苏州荣轩环保有限公司

早期的零排放水处理技术主要基于蒸发器和蒸发塘。而这两种技术在用于废水浓缩之前,早已在其它行业得到广泛应用。其中蒸发器的典型工业应用之一是氯碱行业中的碱液蒸发。学化工的同学们对此应该不陌生。20年前,我的毕业实习就是在一个氯碱厂的蒸发工段完成的。

而在美国,早在1893年就建成了第一个氯碱工厂,氯碱工业在1940年以后更是随着石油化工的兴起得到了迅速发展,大型蒸发器的应用随之增加。这些行业主要使用多效蒸发器。

与传统蒸发应用相比,废水蒸发面临三大主要挑战。一是废水中的低溶解度组分极易随着蒸发浓缩过程在换热表面发生结垢;二是废水中大量存在的氯离子极易在浓缩和加热条件下对换热材料造成腐蚀;三是由于不直接产生任何高价值产品,因而用户普遍对能耗与运行成本更加敏感。

要解决这些问题,就需要对原有蒸发器在设计和工程方面做出相应改进。而这主要是由一些技术实力雄厚的工程公司完成的。在零排放特别是蒸发结晶领域,国际上最知名的三家公司是RCC、HPD和Aqua-Chem公司。

HPD公司成立于1921年,总部位于伊利诺伊州,号称世界上最大的蒸发与结晶公司,在全球提供了超过800套蒸发结晶系统。1998年,HPD被威立雅(Veolia)公司收购。

Aqua-Chem公司成立于1931年,总部位于威斯康星州,是热法脱盐系统的先驱之一。2000年,Aqua-Chem的工业浓缩与脱盐(ICD)部门被阿奎克(Aquatech)公司收购,零排放业务即包括在内。

RCC公司成立于1970年前后,总部位于华盛顿州,是最早推动零排放的技术公司。可以毫不夸张地说,RCC就是为零排放而生。1993年,RCC被Ionics公司收购。2005年,Ionics公司被GE收购。2017年,GE水处理业务被苏伊士(Suez)收购。

1970年代早期,RCC的研究人员向废水蒸发器中加入大量硫酸钙颗粒,其粒径为数十微米,它们与盐水形成固液混合的浆液后,再进入竖直的换热管内壁实现降膜蒸发。这就是所谓的晶种法工艺(Seeded Slurry Process)。

晶种法蒸发器改变了浓缩后的盐水中硫酸钙等低溶解度盐的析出位置,使得结晶过程优先发生在悬浮的硫酸钙颗粒表面,而非换热管表面,从而巧妙地解决了换热管表面的结垢问题。

与此同时,航空钛材也被开始用于制造废水蒸发器的换热管,有效解决了氯离子的腐蚀问题;机械蒸汽压缩(MVR)工艺也得到应用,大幅降低了蒸发器的绝对能耗,并方便电厂等用户使用电能。

至此,采用钛换热管的晶种法MVR蒸发器,成为了第一代零排放处理技术的核心。时至今日,MVR钛管蒸发器依然是几乎所有零排放工艺的标配。

蒸发塘是一种模仿自然过程的古老技术。由于它受气候条件的限制较大,因此后续在一些项目中被喷雾干燥器取代。1981年,弗罗里达州盖恩斯维尔(Gainesville)电厂建成,其零排放系统即在蒸发器后配备了喷雾干燥器。

但喷雾干燥器需要消耗大量的热空气,绝对能耗极高,处理规模有限,因此又逐渐被效率更高、操作弹性更大的强制循环结晶器所取代。这样,蒸发器与结晶器的组合也逐渐成为零排放系统的代名词。

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