MVR实现制糖工业废水零排放的研究莫慕荣

第47卷第10期辽宁化工Vol.47，No.102018年10月LiaoningChemicalIndustryOctober，2018基金项目：桂林航天工业学院2018年大学生创新创业训练计划项目，项目号：201811825078；重庆市教委资助项目，项目号：KJ1603604。收稿日期：2018-05-29作者简介：莫慕荣（1996-），男，壮族，广西壮族自治区来宾市人，研究方向：能源与动力工程专业。通讯作者：邹龙生（1973-），男，副教授，博士，研究方向：节能与环保。MVR实现制糖工业废水零排放的研究莫慕荣1,邹龙生1,李波2,唐婧1（1.桂林航天工业学院，广西桂林541004；2.重庆水利电力职业技术学院，重庆永川402160）摘要：MVR技术可以利用本身所产生的二次蒸汽的能量作为动力的机械压缩技术，可以将需要冷凝的二次蒸汽通过压缩再次利用，以替代新鲜蒸汽，减少了新鲜蒸汽的使用量，大大的降低了运行费用，而且真正做到了环保节能。MVR蒸发器使用电能不会产生二氧化碳，满足节能减排要求，具有特别重要的现实意义。它拥有结构紧凑体积小，运行平稳震动噪声小，自动化程度高无需人工时时看管等特点，使它的应用范围广泛，根据以上特点，MVR蒸发技术完全可以用来实现制糖工业的节能减排和废水的零排放。关键词：MVR；制糖工业废水；节能；零排放；蒸发中图分类号：TQ051文献标识码：A文章编号：1004-0935（2018）10-0989-03甘蔗制糖企业在南方较多，北方主要是甜菜制糖，都是耗水量大、污染程度高的行业，由于制糖过程要经过提汁、清洁、蒸发、煮糖、助晶、分蜜和原糖提炼等步骤，所以会产生大量废水。制糖废水一般含有糖分和有机酸，COD、BOD都很高，废水中还含有较高的氧、钾、磷等元素。对水质影响最大的的制糖废水中的有机污染物，如果排放到河流中，水中的微生物会对有机污染物进行生化作用分解和氧化，使水中大量的氧气被消耗，水质也会因此发臭变黑，严重的话甚至会使水中鱼类及其他水生生物窒息。1制糖工业废水存在的问题1.1传统制糖废水处理方法传统制糖废水处理[1]必须首先清理污水和高浓度废水，然后再循环使用;中浓废水经净化处理后排放含的化学需氧量和生化需氧量低于5000~10000mg/L;低浓度的废水可以回收。处理方法常采用好氧降解法、厌氧处理法、土地资源法、多效蒸发法、生物膜等方法处理。1.1.1好氧降解法（1）好氧降解法[2]是通过好氧型细菌对活性污泥中的废水有机物污染物进行进行氧化分解作用，其产物是合成细胞物质，水和CO2，细胞物质最终变成有机残渣。但此方法对于制糖废水处理不够彻底，处理过程中废水的低品热能没有得到利用，造成能源损失，如图1所示。图1含氧降解法1.1.2厌氧处理废水用厌氧处理废水[4]对高含量有机物比较适用。使用这种方法，每处理1kg的COD会产生0.36m3的甲烷，而且固体停留时间比水保时间高约10~100倍。厌氧型系统承受的负荷比好氧型系统承受的负荷高，污泥产量也比好氧型少，运行成本降低。因此，它已被广泛应用于糖业的废水处理。厌氧处理发生化学反应产生大量的热能没有得到利用。1.1.3土地处理法利用土地处理有机污水[3]，主要运用泥土和植被的净化作用。在废水处理时，能使用废水中的肥料促进植被生长。因此，资金和能源耗费低，易于管理有很好的净化效果。但此方法对河道的污染较大，过程的低品热能也没有得到利用，如图2所示。图2利用土地处理1.1.4生物膜法生物膜法是通过微生物附着在载体上，当污水DOI:10.14029/j.cnki.issn1004-0935.2018.10.003990辽宁化工2018年10月流过载体时，通过膜内扩散和生物氧化作用对污水进行分解。其优点是能承受污染负荷高、抗冲击负荷强、开启快、效果好、出水水质好、没有污泥膨胀等，但也存在着表面积比较小、密度高、易塞堵、生物膜有机负荷不高等缺点。最主要的能源没有得到全部利用，造成大量热能流失，不符合零排放的要求。1.1.5总结目前国内绝大多数糖厂都在用的蒸发系统为五效压力真空蒸发系统[5-8]，五效蒸发顾名思义就是有五个蒸发罐，每个蒸发罐都有不同的压力，第一效蒸发罐的蒸汽源于汽轮发电机抽取或排放的乏汽，当乏汽不足时需要补充锅炉的蒸汽。其中第一和第二效为蒸发压力；蒸发压力与大气压相近为第三效，压力比第一第二效的压力高；真空蒸发为第四到第五效，压力比前面三效的压力高。蒸发系统的气体有多个作用，除了作为下一级蒸发罐加热的蒸汽外，还被抽取作为加热和结晶的热源，但最终产物中会产生二氧化碳，稳定性较差，和使用锅炉占地面积较大是其缺点。总体来说，这些传统的处理废水方法没有实现废水零排放，处理过程中的大量低品热能没有得到充分利用。2MVR技术处理制糖工业废水2.1MVR技术MVR蒸发的过程能利用蒸发产生的两种蒸汽能量来减少对外部能量的需求，其特点是非常的节能。在进行多效蒸发过程时，二次蒸汽要通过多个热源共同起作用，才能用作能源使用。蒸汽喷射泵可将部分蒸汽压缩两次，MVR蒸发过程可压缩两次蒸汽，这样不仅能提高压缩效率，还能提高热能储量，压缩后再输送到加热室里进行二次蒸发，实现能源循坏系统，蒸发出的水分经过冷凝后即可排放，达到零排放的目的。MVR废水处理工艺被人们用于实践是由于传统方法的不足。而当今大多数工业废水处理常采用结晶法和反渗透浓缩法。MVR蒸发过程是一种结晶技术[9-11]，该过程非常简单，第一步要对废水进行预期处理，第二步再处理废水中的结垢物质和化学物质。MVR工艺能有效的处理浓缩废水[12-15]还可以除去水中的硫酸根离子和钙离子，浓缩液经强制循环蒸发器蒸发结晶，盐分以晶体的形式被提取出来，而母液将继续返回蒸发室循环，将提取出来的晶体放入工厂包装系统中完成称重包装。MVR蒸发利用二次蒸汽能量来减少能量消耗，实现减排要求。MVR蒸发工艺与传统蒸发器相比，充分的利用了二次蒸汽的潜热，其效果明显且优点显著：①节能效果显著，表现在二次蒸汽潜热的利用，其能耗比普通蒸发器少70%；②它只需要电力和不需要其他能源，因此非常节能和环保；③由于MVR蒸发器系统自带冷却器，不需要冷却周期，减少了占地面积，减少了购买材料的量，其设备成本得到节约；④自动化程度高，应用安全可靠，人工依赖性低；Boyle定律是MVR的理论基础，根据这一原理，当稀薄的二次蒸汽被压缩体积时，其温度会升高，从而实现低温低压蒸汽向高温高压蒸汽的逆向转化。然后可以作为热源对需要蒸发的原液进行再加热，使蒸汽循环再利用，如图3所示。图3MVR技术处理废水2.2制糖废水零排放的分析如图4为MVR处理制糖废水流程图：其主要消耗电能，每吨水耗电20~80kWh，MVR处理制糖废水一般分为三部，第一部分是前端处理，先用预热器加热浓缩，然后加热到MVR蒸发器所需的温度。浓度可由浓度监测仪控制。高COD和高盐废水的理化性质决定了温差和浓度，PLC系统自动控制。第二部分是中间治疗，即MVR治疗。采用泵加热预热器，将高浓度高COD、高盐废水引入MVR蒸发器。在换热器中，高COD和高盐废水经蒸汽再循环、蒸发和浓缩，蒸馏水则返回预热器，在预热的原液中可以得到重复使用。冷凝液和蒸汽通过气液第47卷第10期莫慕荣,等：MVR实现制糖工业废水零排放的研究991分离器分离，蒸汽进入压缩机，浓缩液则回流到集箱中，仔细处理浓缩物，回收其中有用物质。第三部分是后端处理，就是固液分离处理.当饱和浓缩液达到一定条件时，控制系统将向固液分离器发出命令打开阀门，浓缩液流入恒温结晶器。用恒温结晶器处理饱和浓缩物以沉淀固体，将固体与液体分离。最后，通过回收压缩，加温和增压的二次蒸汽，实现高COD，制糖废水中的有价值物质的回收以及废水的“零排放”。图4制糖废水处理工艺图要想把废水中的盐分提取出来就必须有蒸发结晶系统，此系统结合了蒸发系统和结晶系统，废水进入此系统时先进行蒸发，把废水提纯，然后经过管道二次利用和排放，剩下的进行结晶，因结晶物料还拥有较少的含水量，需要进行干燥脱水处理，将湿物料通过蒸汽换热器加热后再传输到干燥机中干燥，干燥后形成结晶盐再经皮带传输到储料仓中存储起来，实现回收利用。从这三点可以看出利用MVR工艺处理制糖废水零排放[16]的可行性、实用性。既没有产生废弃物，又没有浪费大量的低品热能，实现了废水处理的零排放目的。3结论废水处理是当今环境领域的重点问题之一，处理废水不仅要保障其有效性和经济性，还要注重能源的节能环保，运行成本等，最重要的是处理过程中对废弃物的回收和重复利用，MVR工艺的使用就非常具有实用意义，可实现经济的可持续发展，非常适合现代低碳环保的要求，适合时代的发展。参考文献：［1］胡亚萍，马晓力，董贝贝.制糖废水的主要处理工艺及发展方向刍议[J].水利与环境，2012，31(6):78-81.［2］徐鹏.煤气废水杂环与多环芳烃化合物生物降解及抑制性研究[J].好氧生物降解性能，2016，3(2):45-52.［3］程慧艳.利用DRAINMOD模型进行污水土地处理系统的仿真研究[J].2004，36（3）:33-52.［4］张一梦,余志晟,张洪勋.厌氧生物膜反应器用于处理废水和生产甲烷的研究进展[J].2014,40(11):13-19.［5］杨俊玲，杨鲁伟，张振涛.MVR热泵节能技术的研究进展［J］.风机技术，2016,21（4）：84-88.［6］王补宣.工程热力学［M］.北京：高等教育出版社，2011.［7］武江津，安同艳，孙长虹.机械压缩蒸发工艺处理洗毛废水实验研究［J］.膜科学与技术，2011，31（3）：261-264.［8］雷光鸿，姚晓麦，梁智，罗左青.MVR在甘蔗制糖企业应用的可行性探讨［J］.制糖产业网，2012,8(4):33-42.［9］刘德亮.机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统性能研究[J].浙江工业大学，2013，2（3）：51-62.［10］梁林.处理高浓度含盐废水的机械蒸汽再压缩系统设计及性能研究［J］．南京:南京航空航天大学，2013，7(1):132-137.［11］李军．蓝星北化机与河北工大合作蒸发结晶+MVR零排放ＲO浓水［N］．中国化工报，2014(04)：04-09．［12］李刚．机械蒸汽再压缩技术在高盐废水蒸发浓缩设计中的应用［J］．新疆化工，2015(3):16-19．［13］王海，张峰榛，王成端，等．MVＲ技术处理高盐废水工艺的模拟与分析［J］．环境工程，2015(10):35-37．［14］黄成．机械压缩式热泵制盐工艺简述［J］．盐业与化工，2010，39(4):42-44．［15］刘德亮,闫成林，胡洪铭．机械蒸汽再压缩(MVR)技术在全卤制碱工艺中的应用［J］．中国氯碱，2011(10):9-11．［16］崔凤霞，李荣，陈玮娜.工业废水零排放技术进展［J］.2016,35（5）：135-140.HowtoRealizeSugarIndustryWastewaterZeroEmissionbyMVRMOMu-rong1,ZOULong-sheng1,LIBo2,TANGJing1（1.GuilinUniversityofAerospaceTechnology,GuangxiGuilin541004,China;2.ChongqingWaterResourcesandElectricEngineeringCollege,Chongqing402160,China）Abstract:MVRtechnologyisamechanicalcompressiontechnologywiththeenergyofsecondarysteamproducedbyitselfasthepower,itcanreusethesecondarysteamthatneedbecondensed,insteadofthefreshsteam,greatlyreducingtheoperationcostandrealizingtheenvironmentalprotectionandenergysaving.M