哈爾濱水處理消滅工業(yè)廢水的有效方法

    是什么令中國如此重視水資源?這一切源于中國水資源日益稀缺、水供給矛盾日益突出。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國是人均水資源重度貧乏國。中國水資源總量約為2.74 萬億立方米，約占全球水資源總量的7%，排名全球第6位;而人均水資源僅2071 立方米，相當于全球平均水平的四分之一，全球排名第88 位。如果落實到某些城市，比如北京、西部某些城市，缺水的現(xiàn)象就更為嚴重。如果不及時采取措施，中國供水缺口將越變越大。國際咨詢公司麥肯錫預測，到2030年，中國人口預計達到16億，屆時每年人均水消費預計會達到1700立方米，中國年用水需求將達到8180億立方米，供水缺口2010億立方米。

　　如何填補如此巨大的供水缺口?只有靠提高再生水利用率。再生水可廣泛用于建筑雜用、城市景觀、河湖注水、農(nóng)田澆灌、工業(yè)園區(qū)用水、澆灑道路用水。中國可再生水的利用率約10%，而發(fā)達國家已經(jīng)超過70%。以色列是再生水利用率最高的國家。以色列100%的生活污水和72%的市政污水得到回用。這正成了產(chǎn)業(yè)資本眼中水務(wù)市場中的下一場盛宴，并開始尋找進入契機

一、轉(zhuǎn)變思想觀念，變廢為寶。

　　廢水也是資源。生物化工、無機鹽化工、食品工業(yè)，肉類加工、造紙業(yè)、酒精等工業(yè)廢水中含有的纖維素、糖、蛋白、氮基酸、無機鹽等有用的資源，扔掉是害，取出是寶，治理廢水要將廢水中有用的資源提取出來，廢水通過蒸發(fā)成為蒸汽冷凝水，是廢水不廢，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和真正意義上的美好環(huán)境。

　　無論是過去還是現(xiàn)在的企業(yè)是以獲取最大的經(jīng)濟效益為目的。如果在廢水治理上只有投入，沒有產(chǎn)出，企業(yè)是不會有積極性的。自頒布國家國家環(huán)境保護法以來，某些企業(yè)寧愿罰款，也不認真的進行廢水治理，因此廢水外排現(xiàn)象時有發(fā)生，更有受到利益驅(qū)使，認為治廢就是扔錢，治理越徹底，錢扔的就越多，所以無論是環(huán)保的管理者，還是企業(yè)的負責人，必須轉(zhuǎn)變思想觀念，廢水就是資源。治理廢水應(yīng)是有投入，有產(chǎn)出，有社會效益，也有經(jīng)濟效益的一種產(chǎn)業(yè)，尤其是有著高濃度廢水的企業(yè)，廢水是寶，廢水濃度越高，采用蒸發(fā)器濃縮，連續(xù)結(jié)晶的投入會越少(因為蒸發(fā)水量少)。對于有低濃度廢水的企業(yè)，要改變原有產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，使廢水濃度提高，才能使廢水治理投入減少。如谷氨酸產(chǎn)業(yè)，谷氨酸產(chǎn)品的廢水量大，濃度低(含硫酸銨濃度3-4%)，大部分企業(yè)為了競爭，為了獲取大的利潤，治理不徹底，經(jīng)常偷偷排放，平時儲存廢水的地方，快成了一座水庫，甚至占據(jù)一條河。廢水中的硫酸銨、糖、蛋白、纖維素全是有用的物質(zhì)。國外谷氨酸企業(yè)清潔生產(chǎn)沒有廢水，生產(chǎn)工藝與我國谷氨酸提取工藝大不相同，發(fā)酵后的谷氨酸溶液，經(jīng)過膜過濾，截留糖、蛋白、纖維素成為飼料，再將9%濃度的谷氨酸銨溶液，蒸發(fā)濃縮至28%，采用四效降膜+熱泵蒸發(fā)工藝，最高蒸發(fā)溫度低于75℃，蒸發(fā)1噸水，僅消耗0.20噸蒸汽。再等電點連續(xù)結(jié)晶，谷氨酸一次結(jié)晶，便成為γ形結(jié)晶，粒度大于0.15mm,而含有硫酸銨(有些是氯化銨)的廢水濃度達到13-14%，再蒸發(fā)結(jié)晶出硫酸銨肥料。這種生產(chǎn)工藝徹底解決了氨氮工業(yè)廢水難以治理的難題，而產(chǎn)出部分足以抵消治理的費用，還有余額，這才是受企業(yè)歡迎的廢水治理方案。

　　二、采用真空蒸發(fā)結(jié)晶的工藝治理工業(yè)廢水。

　　這種工藝是很成熟的，目前應(yīng)用于工業(yè)廢水中提取氯化銨(農(nóng)用一級品)，硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等無機鹽類，已有數(shù)十年的歷史。尤其近幾年，技術(shù)越來越先進，能耗越來越低，自動化程度越來越高，材料越來越好，使用年限越來越長。下面我分別介紹真空蒸發(fā)和真空連續(xù)結(jié)晶的生產(chǎn)工藝。

　　1.真空蒸發(fā)工藝：即再真空狀態(tài)下料液沸點降低的物理特性進行低溫(100℃-40℃)蒸發(fā)濃縮，真空度越高，料液沸點就越低。(查水蒸氣技術(shù)特性表)真空是如何形成的呢?是蒸汽瞬間突然被冷凝形成的，再輔以真空泵抽走不冷凝性氣體，以保證真空的穩(wěn)定，目前最經(jīng)濟的做法是用常溫冷卻水或低溫冷卻水冷凝蒸氣。我們?nèi)绾慰刂普婵斩鹊母叩湍?控制冷卻水的溫度及水量就可以了。

　　真空蒸發(fā)可分為單效生產(chǎn)，也可以分為多效生產(chǎn)，效數(shù)越多能耗越低，但隨之投資業(yè)越大。效數(shù)的確定是根據(jù)物料蒸發(fā)濃縮的量、投資與能耗的對比來確定的。物料蒸發(fā)的水量按每小時計，現(xiàn)在已可以做到單套每小時蒸發(fā)250噸-50公斤。一單套每小時蒸發(fā)水量數(shù)百公斤至數(shù)十噸比較常做，為了節(jié)約能耗，在首效的前面加一臺蒸汽噴射壓縮泵(簡稱熱泵)，則能耗更低，蒸發(fā)1噸水需鍋爐的生蒸汽多少，為蒸汽消耗比。即常說的蒸發(fā)1噸水消耗多少蒸汽，這是衡量蒸發(fā)先進與否的一項重要參數(shù)，目前世界上的先進水平是：

　　單效+熱泵 蒸汽消耗比 0.55～0.65

　　雙效+熱泵 蒸汽消耗比 0.38～0.42

　　三效+熱泵 蒸汽消耗比 0.28～0.33

　　四效+熱泵 蒸汽消耗比 0.20～0.22

　　五效+熱泵 蒸汽消耗比0.16～0.18

　　我國真空蒸發(fā)的能耗在某些行業(yè)已接近世界先進水平，但大多數(shù)行業(yè)水平還是較低，主要表現(xiàn)在不同的沸點進料、二次閃發(fā)和冷凝水熱量的再利用，真空度不高，料液沸點溫度還不夠低，以及自動調(diào)節(jié)儀表的材質(zhì)差等等。更主要的是理論水平和實際水平工作創(chuàng)新能力，還遠遠落后于發(fā)達國家。

　　2真空結(jié)晶工藝

　　真空結(jié)晶分為：真空蒸發(fā)連續(xù)結(jié)晶和真空閃發(fā)降溫連續(xù)結(jié)晶，都是在真空狀態(tài)下，結(jié)晶溶液沸點溫度降低的物理特性，進行連續(xù)結(jié)晶的。

　　真空蒸發(fā)結(jié)晶工藝是在真空的狀態(tài)下邊蒸發(fā)邊結(jié)晶，如谷氨酸鈉就是采用這種工藝，按規(guī)模說年產(chǎn)2-4萬噸的味精，一套真空蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備即可以。工業(yè)廢水中提取無機鹽，如氯化銨、硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉等，也采用真空連續(xù)結(jié)晶。這種工藝可單效，也可以多效，根據(jù)蒸發(fā)數(shù)量決定，結(jié)晶溫度要根據(jù)結(jié)晶物體的工藝特性和飽和溶解度曲線確定。實際應(yīng)用中，結(jié)晶溫度盡量低些，便于結(jié)晶設(shè)備選擇較便宜的材料，降低投資造價，溫度太低也不可取。因為未效二次蒸汽比容太大，設(shè)備做的大而增加投資。真空蒸發(fā)結(jié)晶工藝的特點是結(jié)晶粒度大，顆粒均勻，能耗低，操作費用低，技術(shù)含量高。

　　真空閃發(fā)結(jié)晶工藝是真空狀態(tài)下，邊閃發(fā)降溫，邊結(jié)晶。結(jié)晶溫度可以做的很低，為提高收率，甚至在0℃前可做到。谷氨酸等電點連續(xù)結(jié)晶，就是閃發(fā)結(jié)晶工藝，他要求2-3℃結(jié)晶，閃發(fā)蒸汽幾乎達到0℃。閃發(fā)過程就是降溫過溫。比如從30℃降至10℃，結(jié)晶溶液的比熱×結(jié)晶溶液的重量/小時×(30℃-10℃)除以10℃時該溶液的汽化潛熱等于閃發(fā)蒸汽量/小時，也就是說閃發(fā)掉這么多蒸汽，結(jié)晶溶液才能從30℃降至10℃，而真空狀態(tài)同樣需要低溫冷卻水，甚至冷凍鹽水去冷凝閃發(fā)蒸汽，也同樣需要真空泵抽取不凝性氣體，以保持真空的穩(wěn)定。真空閃發(fā)結(jié)晶工藝應(yīng)用也很廣泛，谷氨酸、異維C納，木糖醇、維生素C，無機鹽中，七水硫酸鎂、工業(yè)硝酸鉀、五水硫酸銅等均采用。和間歇冷卻結(jié)晶工藝相比，最大的優(yōu)勢是能耗低，結(jié)晶顆粒大小可控制，粒度園滑均勻，技術(shù)含量高，占地面積小，投資總費用不高。

　　3、真空多效蒸發(fā)+噴霧干燥工藝。

　　廢水中有用物質(zhì)如蛋白質(zhì)，膠體等不適合用結(jié)晶的方法進行固液分離的物質(zhì)，而且廢水濃度又不高，采用真空多效蒸發(fā)+噴霧干燥工藝，即可把廢水變成蒸汽冷凝水，又可以把廢水中的有用物質(zhì)，變成飼料的添加劑，如肉類聯(lián)合加工廠中的血水，洗肉水過去都是作為廢水扔掉了，即污染環(huán)境又損失了資源，國外已采用這種工藝將血蛋白全部回收，賣給飼料廠，很受歡迎，而肉聯(lián)廠又取得了經(jīng)濟效益，一舉兩得。淀粉工業(yè)中的玉米、小麥、馬鈴薯等、洗滌水、浸泡水含有淀粉、蛋白、乳酸等。國內(nèi)有很多淀粉廠都把它作為廢水扔掉了，其中可以蒸發(fā)濃縮至50%，再噴霧干燥成蛋白飼料添加劑，而浸泡水變成了蒸汽冷凝水，完全可以做為工藝水再回收使用，而淀粉廠臭烘烘的環(huán)境一去不復返。

　　4、技術(shù)的成熟和可靠

　　上述技術(shù)均為物理過程，沒有化學反應(yīng)，技術(shù)上是成熟的、可靠的。國人在掌握控制這些技術(shù)時，還有新的發(fā)展和創(chuàng)新，但是完成一項工程設(shè)計，必須要進行物料和熱量的衡算，這需要企業(yè)配合，提供該廢水的基礎(chǔ)理化參數(shù)如比熱、結(jié)晶熱、重度、粘度。(均為不同溫度，不同濃度的條件下)如蒸發(fā)濃度，首先要提供初始量(KG/小時)，初始濃度，初始溫度，接著要提供，終止量(KG/小時)，終止?jié)舛龋K止溫度，如果需要真空結(jié)晶，還要提出結(jié)晶粒度要求，提供廢水中其它物質(zhì)含量，要準確。特殊的廢水還要提供不同濃度下的蒸汽分壓(沸點升高)因為一般鹽類溶液的蒸汽分壓，手冊中可以查到。只有和企業(yè)密切的配合，才能完成一件完美的設(shè)計和精密的制造。

　　三、廢水蒸發(fā)、結(jié)晶的設(shè)備和材質(zhì)

　　1、真空蒸發(fā)的設(shè)備

　　(1)降膜蒸發(fā)器，降膜蒸發(fā)器用途十分廣泛，能耗低(蒸汽、電)熱接觸時間短，初始物料從進蒸發(fā)器至出蒸發(fā)器，往往才幾十秒鐘，即使四效，也不超過二分鐘，尤其適應(yīng)熱敏性物質(zhì)。熱傳導溫差小也可以生產(chǎn)，所以蒸發(fā)溫度可以設(shè)計很低。如前面所述的谷氨酸濃縮，就是選用的降膜蒸發(fā)器，四效+熱泵。首效溫度僅有74℃～75℃。降膜蒸發(fā)器分直流式和循環(huán)式，直流式從節(jié)能和二次蒸發(fā)再利用上均好于循環(huán)式，尤其適合熱敏性強的溶液蒸發(fā)濃縮。

　　(2)外加熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器，他由加熱室和蒸發(fā)室組成，靠循環(huán)管、循環(huán)泵連接成一個整體，它適合于有結(jié)晶顆?；蚍哿５娜芤赫舭l(fā)濃縮。結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，唯一不足的是循環(huán)泵、電耗相對較高。目前，國內(nèi)普遍使用的循環(huán)泵是單懸臂，雙端面機械密封的軸流泵，流量大，楊程小，轉(zhuǎn)速低，機械密封處有冷卻水和密封水，只要保持水的清潔和供應(yīng)，機械密封一般不會損壞，該蒸發(fā)器經(jīng)三十余年的運行改進，國內(nèi)已掌握了不堵管，不結(jié)垢等技術(shù)要點，已能夠設(shè)計出和國外相同的，傳熱系數(shù)高的蒸發(fā)器。

　　2、真空蒸發(fā)結(jié)晶器和真空閃發(fā)結(jié)晶器

　　真空蒸發(fā)結(jié)晶器和真空閃發(fā)結(jié)晶器連續(xù)結(jié)晶，它與間歇結(jié)晶器的概念完全不同間歇結(jié)晶為常壓，真空蒸發(fā)器和真空閃發(fā)結(jié)晶器是在真空狀態(tài)下連續(xù)結(jié)晶，連續(xù)進料、連續(xù)出料。生產(chǎn)是均衡的連續(xù)的，真空蒸發(fā)器結(jié)晶器是在相同的壓力溫度下，邊蒸發(fā)，邊結(jié)晶生產(chǎn)，因此它有加熱室和蒸發(fā)結(jié)晶室。真空閃發(fā)結(jié)晶是降溫結(jié)晶。它需要閃發(fā)一部分熱量(把熱量變成水蒸氣閃發(fā)出去)所以它不需要加熱室，只有閃發(fā)結(jié)晶室，而結(jié)晶室內(nèi)又分為閃發(fā)區(qū)，晶核成長區(qū)、沉降區(qū)、母液分離區(qū)，中央循環(huán)管區(qū)等，尤其是D、T、B型結(jié)晶罐，還設(shè)有立式軸流泵，進行自身循環(huán)，讓新的物料降溫，在中央循環(huán)管內(nèi)進行，不破環(huán)結(jié)晶在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)正常生長，因此這種結(jié)晶器，結(jié)晶顆粒大，粒度均勻、園滑，是間歇結(jié)晶不能比擬的。

　　結(jié)晶器的類型分為FC型，奧斯陸型和DTB型，世界各國都是在這三種結(jié)晶器的基礎(chǔ)上，不斷研究，不斷改進，以形成自己的風格，朝著更節(jié)能，更節(jié)省材料，結(jié)晶效果更好的方向努力。我國也在努力，設(shè)計人員研制的味精真空蒸發(fā)結(jié)晶器。

　　3、噴霧干燥設(shè)備

　　噴霧干燥分為壓力式、氣流式、離心式，這些技術(shù)均已成熟，我國在染料(壓力式噴霧干燥)、白炭黑(離心式噴霧干燥)、制藥行業(yè)(氣流式噴霧干燥)上應(yīng)用已很普遍，技術(shù)也很成熟，主要結(jié)構(gòu)分為供料系統(tǒng)、霧化系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)，目前，干燥塔最大直徑已可以做到12M，最大干燥蒸發(fā)水量已可以做到15000㎏/小時自己研制的離心霧化器已獲得了國外同行專家的贊譽。

　　4、材質(zhì)：材質(zhì)選擇正確與否，直接關(guān)系到蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥設(shè)備的使用壽命。廢水有酸性、堿性、有含氯離子、硫離子、銨離子、濃度不一的鹽，腐蝕性也不甚相同，所以必須選擇相應(yīng)的材質(zhì)，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，溫度不同，材質(zhì)型號也不同。

　　如：含有氯離子的廢水蒸發(fā)結(jié)晶時

　　溫度40℃以下時，材質(zhì)選擇2304#，雙相不銹鋼

　　溫度在40℃～90℃時，材質(zhì)選擇2205#，雙相不銹鋼

　　溫度在90℃以上時，材質(zhì)選擇2507#，雙相不銹鋼

　　如：含有氯離子，又含有銨離子的廢水蒸發(fā)結(jié)晶時

　　溫度在40℃以下時，材質(zhì)選擇2205#，雙相不銹鋼

　　溫度在40℃～90℃時，材質(zhì)選擇2507#，雙相不銹鋼

　　溫度在90℃以上時，材質(zhì)選擇254SMo或鈦材。

　　對于酸性或堿性鹽PH=4～10之間的廢水可以選擇奧氏體316L、304L，溫度越高要求材質(zhì)越好。而氯、硫離子存在水中時，必須選用雙相不銹鋼，因為雙相不銹鋼對應(yīng)力腐蝕開裂，點腐蝕和晶間腐蝕有著優(yōu)良的耐腐蝕性。

　　四、努力的方向

　　清潔生產(chǎn)，工業(yè)廢水零排放，是各級政府環(huán)保部門一直追求的目標，也是企業(yè)，尤其是老企業(yè)努力的方向，目前主要問題仍是資金困擾著企業(yè)，技術(shù)改造資金難以落實，我們科技人員希望看到政府、銀行和企業(yè)攜起手來，為共同的目標，積極籌措資金，為實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益雙豐收而共同努力。

　　我們科技人員在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將繼續(xù)研究工業(yè)廢水零排放中出現(xiàn)的新問題。

　　1、為減少資金投入，開發(fā)用一套設(shè)備同時提取廢水中兩種鹽，如氯化鈉和硫酸鈉，氯化鈉和氯化銨等新工藝，目前該技術(shù)已經(jīng)有突破，施工設(shè)計均已完成，只待投產(chǎn)后再大力推廣。

　　2、為了減少資金的投入，用較便宜的材質(zhì)替代嬌貴的金屬材料。這需要和治金部門共同聯(lián)手，我們正在做方面的工作。

　　3、從廢水中提取有用的物質(zhì)，是一項系統(tǒng)工程，它涉及的專業(yè)和目前的環(huán)保專業(yè)是大相徑庭的，我們希望政府和企業(yè)的環(huán)保技術(shù)人員努力學習相關(guān)的化學基礎(chǔ)，用蒸發(fā)、結(jié)晶的技術(shù)消滅廢水將成為企業(yè)環(huán)保的新途徑。