工业废水零排放技术

1、零排放背景和定义技术背景技术定义1970年，美国国家污染物排放清除法案（NPDES）首先对废水零排放提出了明确的规定和要求，美国电力研究中心（EPRI）更一步将工厂废水零排放定义为“电厂不向地面水域排放任何形式的水（排出或渗出），所有离开电厂的水都是以湿气的形式或是固化在灰或渣中”。基于降膜式种盐法的蒸发零排放解决方案应运而生。该技术应用包括火力发电厂，石油化工，造纸，冶金等行业。随着我国工业的飞速发展,高含盐难降解工业废水的排放量剧增,由此而带来的水质污染已成为我国环境污染的一个主要问题。高盐废水是指总含盐质量分数至少1%的废水，其主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等，这种废水含有多种物质（包括盐、油、有机重金属和放射性物质）。目前，全国工业取水量占全国取水量的20％，其中主要的高耗水行业为火力发电，纺织，造纸，钢铁和石油化工工业。2005年颁布的《中国节水技术政策大纲》明确指出发展外排废水回用和“零排放”技术。2、零排放解决方案生产工艺优化•RO•EDR•MBR预处理•机械蒸汽再压缩循环蒸发技术•“晶种法”技术•混合盐结晶技术蒸发结晶工艺一般可回收90％～95％的含盐量为5～10mg／L的蒸馏水，少量浓渣可进一步采用结晶器或蒸发塘做固化处理，或掩埋等。蒸发零排放解决方案的核心是机械蒸汽再压缩循环蒸发技术、“晶种法”技术和混合盐结晶技术。3、典型零排放系统工艺流程1）传统蒸发技术2）机械蒸汽再压缩技术3）“晶种法”技术4）投资情况4、核心技术介绍1）传统蒸发技术典型的传统蒸发工艺是多效蒸发工艺（MED）就是将加热蒸汽通入一个蒸发器，将溶液受热而沸腾产生的二次蒸汽当作加热蒸汽，引入另一个蒸发器，只要后者蒸发室压力和溶液沸点均较原来蒸发器中的为低，则引入的二次蒸汽即能起加热热源的作用。同理，第二个蒸发器新产生的新的二次蒸汽又可作为第三蒸发器的加热蒸汽。这样，每一个蒸发器即称为一效，将多个蒸发器连接起来一同操作，即组成一个多效蒸发系统。1）传统蒸发技术效数单效双效三效四效五效蒸汽消耗kg/s1.10.570.40.30.27能量消耗KWh686355244187168排入环境热量占总热量比例92%88%84%80%75%随着蒸发效数增加，设备投资基本按比例增加；占地面积增加；蒸发效数不能无限增加。蒸发量为1t/h，效数和能耗对比2）机械蒸汽再压缩技术（MVR）机械蒸汽再压缩循环蒸发技术所使用的“下降水膜型机械蒸汽再压缩循环蒸发器”是目前世界上用作处理含有高盐分废水最有效、最经济的设备。在运行过程中，没有潜热的流失。机械蒸汽再压缩技术（MechanicalVaporRe-compression，MVR）早在上世纪60年代，该技术已在欧美等发达国家应用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域，至80年代，该技术已成熟并得到广泛应用。在蒸发过程中，从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水，从体系中排出。原溶液被浓缩后，在结晶器中析出无机盐，从体系中排出。MVR技术节能的核心是将二次蒸汽的热焓通过压缩提升其温度作为热源替代新鲜蒸汽，即外加一部分压缩机做功来实现循环蒸发，从而可以不需要外部鲜蒸汽，依靠蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。从理论上来看，使用MVR蒸发器比传统蒸发器节省80%以上的能源，节省90%以上的冷凝水。MVR应用于蒸发过程的原理开车补充蒸汽2）机械蒸汽再压缩技术（MVR）2）机械蒸汽再压缩技术（MVR）5t/hr三效蒸发器设备成本：100万元/套，设备折旧（按10年计）10万元。运行成本：蒸汽消耗0.4t/t，蒸汽价格180元/t，电耗50千瓦/时(循环水泵、真空泵)，平均电价0.8元/千瓦时；每小时运行成本：5吨蒸发量*0.4吨蒸汽/吨水*180元/吨汽+50千瓦*0.8元/千瓦时=360元+40元=400元/小时；每日运行成本（24小时/天）：400元/小时*24小时=9600元/天；年运行成本（300天/年）：9600元/天*300天/年=288万元/年。年总成本：288+10=298万元/年5t/hrMVR（蒸汽温升8℃）蒸发器设备成本：350万元/套设备折旧（10年）35万元。运行成本：电耗170千瓦/时（主电机、循环泵、真空泵、凝水泵等），平均电价0.8元/千瓦时；每小时运行成本：170千瓦*0.8元/千瓦时=136元/小时；每日运行成本（24小时/天）：136元*24小时=3264元/天；年运行成本（300天/年）3264元*300天=97.92万元/年。年总成本：97.92+35=132.92万元/年。与三效蒸发比每年节省298-132.92=165.08万元MVR比三效蒸发设备多投入350-100=250万元即运行1.51年即可收回多投入部分。多效蒸发器与MVR的成本对比2）机械蒸汽再压缩技术（MVR）MVR与传统蒸发器性能比较2）机械蒸汽再压缩技术（MVR）3）“晶种法”技术“晶种法”技术解决了蒸发器换热管的结垢问题，应用“晶种法”技术的蒸发器，也称作“盐水浓缩器”。经盐水浓缩器处理后排放少量的浓缩废水，固溶物含量可高达300000rag/L，通常被送往蒸发塘或结晶器或干燥器，结晶或干燥成固体，运送堆填区埋放。采用“晶种法”技术的设备的主要特点如下：1)同其他废水处理设备比，体积较小，占地面积也较小。2)设备能耗低，盐卤浓缩器处理一吨废水耗电最低仅16KWh；根据热动力学计算，卤水浓缩器的热效率是单效闪蒸系统的27倍，或四效闪蒸系统的7倍。3)回收高达98%以上废水中水分含量，而且回收的是优质蒸馏水，所含TDS小于10ppm，稍作处理，即可作高压锅炉补给水。4)该技术的关键设备，若用高质量的钛合金制造，使用寿命可长达30年或以上。5)解决了设备结垢问题，设备能持续运作一年或以上。6)自动化程度高，容易操作。3）“晶种法”技术零排放技术应用和前景近年来，蒸发零排放技术最成功的运用经验是在北美加拿大的油砂开采中，含油污水的回用。蒸发法稠油废水处理工艺具有路线简单、回用水质好、系统运行周期长、系统能耗低、经济性好等优势。蒸发零排放解决方案，适用于极度缺水地区，环境生态脆弱地区，环境排放限制等地区的大型工矿企业，以及常规技术难以处理的生产废水。在国内，稠油开采油田，如辽河等，进行了蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术的引进和推厂。在内蒙等北方极度缺水地区，进行了重煤化工项目，零排放解决方案也很好的解决水资源匮乏和严格排放限制的困扰。高含盐难降解工业废水主要包括炼化、染织、农药、制药和垃圾渗滤液等行业废水，其基本特点都是成分复杂，COD、色度、盐分和有毒难降解物质含量高。基于物理法、化学法和生物处理等多过程集成的对有毒难降解工业废水进行零排放处理的物化一生物藕合技术，必将成为今后高含盐难降解工业废水处理的发展趋势。