双效蒸发技术在超级活性炭产线废水零排放工艺中的应用

双效蒸发技术在超级活性炭产线废水零排放工艺中的应用

吴晓伟、蒲明东

合肥恒力装备有限公司，安徽 合肥 230022

摘 要

活性炭作为一种无机化工产品，其最大特点是具有发达的孔隙结构，因此具有较大比表面积及吸附能力。中国是世界上最大的活性炭生产国和出口国，但其生产过程中会产生大量废水，随着环保要求的不断提高和资源的日益短缺，废水处理成为当今社会及企业的工作重点。因此，大量的先进工程技术应用到废水处理工程中。在此生产线中为实现生产过程中废水“零”排放的目的，遵循深度预处理、系统反馈控制的设计思路，采取“预处理+双效蒸发系统”对该废水进行处理达到“零”排放的目的，可以降低企业投资成本，且能达到中水回用，结晶盐回收的目的。本文阐述了双效蒸发器原理和特点，介绍了双效蒸发系统处理活性炭产线废水的工艺及效果并进行评价。

关键词：双效蒸发系统；“零”排放。

活性炭是使用较为广泛的碳材料之一，其主要成分为碳。活性炭的生产一般可分为备煤、成型、碳化和活化四个阶段。其活化后的活性炭会经过洗涤，因此就会产生活性炭产线洗涤废水。而煤化工行业发达的地区，一般也是水资源相对匮乏的地区。因此实现活性炭产线甚至整个煤化工行业产线的生产废水中水回用以及实现零排放，对于煤化工行业的发展、减少污染物的排放和环境保护有重要意义。

某公司活性炭产线废水经检测，其具体参数为：水量为1.5T/h，pH值为8～12；COD值为1500 ppm；温度为20～25℃；电导率37800 μs/cm，含盐浓度约2.5%，主要成分是氯化钾；其达到中水回用的标准为： pH值为7-8；COD值为0-300 ppm；电导率0-500 μs /cm，余氯0.5-1.0 mg/L，氨氮<100 mg>。该产线生产过程中产生废水量较大，含盐浓度较高因此实现完全中水回用具有一定难度，因此我们采用“预处理+双效蒸发系统”对该废水进行处理，实现水资源回收利用的目标，达到“零排放”的目的。

1、 零排放工艺简介

根据废水相关具体参数，设计“预处理+双效蒸发系统”，通过对于该公司废水进行检测，发现废水中含有较多难降解的有机物质和部分颗粒物。因此设计预处理环节，分别为高级氧化和过滤。本研究中以双氧水作为氧化剂，与废水中难降解有机物反应，将含碳有机物转化为二氧化碳和水^[1-4]降低废水COD值，进而保证后续离心出盐得到无粘连结晶盐。过滤部分包括石英砂过滤器和活性炭过滤器。具体工艺流程见下图1：

图1 双效蒸发系统工艺流程图

双效蒸发系统原理是一次蒸汽进入一效加热器，使料液加热沸腾喷入蒸发器，料液靠气液分离和重力差下降，经循环泵流入加热器，形成强制循环。料液在蒸发器生成的二次蒸汽作二效加热器的热源。双效蒸发器出来的蒸汽进入加料预热器，尾气进入冷凝器，冷凝下来的不凝气体经真空泵抽走，全系统使用一台真空泵，通过管路及阀门控制各效的真空度。达到饱和浓度的晶浆物料经离心机固液分离处理得到KCl晶体，母液返回蒸发器继续蒸发^［5］。各物料流程如图2所示：

图2 各物料流程

为尽量避免换热器的结垢及延缓换热器的结垢，在设计层面，一方面采用斯文森式蒸发结构^［6-7］，晶体生长区和晶体沉降区分开，进入加热器进行循环加热的是消除了过饱和度的溶液，其晶体含量极少，不易形成结疤，设计时换热器内流速分布均匀，以避免较大的速度梯度，确保温度分布均匀。同时在浓度高的一效采取强制循环的形式，使得溶液在管内流速加快，使得垢层不易形成，并对垢层有强烈的冲刷作用。双效蒸发结构见下图3。另一方面针对该公司水质情况，水中含有氯元素，对普通的碳钢材质具有很强的腐蚀性，因此我们选用钛材作为本设备原材料，可以有效减少氯离子对设备的腐蚀。

图3 双效蒸发设备结构原理图

本套设备采用全自动PLC控制，包括在线测量仪（在线ORP检测、pH检测、废水进出口流量检测等）及用于实现各种控制方案的执行机构。最终系统能够有效的实现系统的自动控制、自动调节功能，实现远程及现场的控制。因此在出料方面选择LLW350N 型卧式螺旋卸料过滤离心机LLW 型卧式螺旋卸料过滤离心机是一种连续操作的过滤式离心机，具有处理能力大，能耗低，性能稳定，分离效果好等特点，可在全速运转时对悬浮液进行连续地进料，洗涤，脱水和卸料。

2、 双效蒸发装置运行主要参数

根据上述废水相关参数，工艺设计参数见下表：

表1 二效蒸发设备物料衡算及主要参数表

3、实际运行状况

3.1 实际控制条件

通过试运行，最终确定参数设置界面如下图4所示，按如下参数设置，系统即可全自动运行，且出水水质较好。

图4 双效蒸发器参数设置图

具体控制以废水调节水箱pH为输入信号，输出控制盐酸加药桶气动调节阀

开度，进行废水pH调至4.5-5.5；以高级氧化槽pH和ORP为输入信号，输出控制盐酸，双氧水加药桶至高级氧化槽气动调节阀开度，进行高级氧化槽内氧化还原反应最佳反应条件pH调至3-4，ORP调至500-600，以达到最佳氧化还原效果；以中转水箱pH为输入信号，输出控制氢氧化钾加药桶至中转水箱气动调节阀开度，进行中转水箱碱度调至6-7。

3.2 实际运行效果

为检验双效蒸发系统的实际运行效果，特对此套装置进行72小时设备无故障持续运行，并定时对产水水质及结晶盐含水量进行表征，结果如下图5所示：

图5 系统72小时无故障运行产水水质中各项指标

通过上图数据可以看出，双效蒸发系统运行稳定，活性炭产线高含盐废水经双效蒸发系统处理后，一方面回用水指标优良，回用水中含盐量大幅度降低，产水水质能够满足回用水水质要求，出盐含水量低于2 wt%，晶粒均匀且无粘连，见下图6；另一方面随着设备运行时间的增加，产水及出盐指标均表现出稳定变好趋势，因此可达到装置最初设计处理的目标。

图6 氯化钾结晶盐

3、蒸发设备能耗分析

对现装置结合当地物价进行成本核算，具体结果见下表3。

表2 1T/h蒸发量能耗分析表

经计算，吨水处理成本为63.025元，相比较于该厂前期废水委外处理，有明显经济效益。

4、结论

通过双效蒸发系统自投入运行以来，产品水水质稳定达标，生产运行稳定，达到设计要求的产水水质，完全能够满足生产要求，实现了煤化所活性炭产线废水中水回用，废水零排放的目标。为企业提供了可靠可行的技术支撑和保障，真正实现了煤化工产业的经济效益、社会效益和环境效益的有机统一。

参考文献

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